Mikrowellen-Technik - Hochfrequenzschaltplatine Minimierung des Signalverlustes

Mit dem Wachstum von Mobiltelefonen, Internetzugang, und Handgeräte, die Menge der übermittelten Informationen in Hochfrequenzschaltung Brett hat dramatisch zugenommen. Um mit den massiven Daten im elektronischen System umzugehen, PCB Die Anforderungen an die Übertragung von Hochgeschwindigkeits-Hochfrequenzsignalen werden immer höher, und die Übertragungsgeschwindigkeit hat sich verbessert. Im höheren GHz-Frequenzbereich, how to reduce die rf signal loss (also known as insertion loss) becomes increasingly significant. Einfügungsverlust ist der Verlust der Signalleistung, der durch Einsetzen eines Geräts in eine Übertragungsleitung oder Glasfaser verursacht wird, ausgedrückt in dB. Einfügeverluste führen zu signalsteigender Kantendegradation oder einer höheren Bitfehlerrate.

Alle PCB Materialien leiden unter Leitungs- und dielektrischen HF-Signalverlusten. Der Leitungsverlust ist resistiv und wird durch die leitfähige Kupferschicht verursacht, die in der Hochfrequenz-Leiterplatte. Andererseits, the dielectric loss is related to the substrate (insulating material) used in the PCB. Diese Spalte wird sich auf Widerstandsleitungsverluste konzentrieren, die durch Kupferschichten verursacht werden.

Die Untersuchung der Übertragungsverluste beinhaltet die Darstellung des elektrischen Verhaltens (Streumatrix) eines linearen elektrischen Netzes in dB unter verschiedenen stationären Reizen elektrischer Signale und steigender Signalfrequenz (GHz). Transmissionsverluste, auch Insertionsverluste genannt, sind die zusätzlichen Verluste, die durch das Einführen des Prüfgeräts zwischen den gemessenen Korrelationsschichten verursacht werden. Zusätzliche Verluste können auf inhärente Verluste und/oder Fehlübereinstimmungen der zu prüfenden Geräte zurückzuführen sein. Bei Mehrverlusten wird die Einfügeverluste als positiv definiert. Der negative Wert der Einfügedämpfung in dB wird als Einfügedämpfung definiert.

Hauteffekt

Im Gegensatz zu Gleich- oder Wechselstromströmen, die durch den Leiter fließen, RF-Ströme dringen nicht tief in den Leiter ein und neigen dazu, entlang seiner Oberfläche zu fließen. Dies wird als Hauteffekt bezeichnet. Der Signalverlust in der leitfähigen Kupferschicht steht in direktem Zusammenhang mit dem Phänomen des "Hauteffekts". Hauttiefe ist die Tiefe des Leiters, der für HF-Strom verwendet wird. Grundsätzlich, als die HochfrequenzErhöhungen, weniger Leiter verwendet werden, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Zwei Phänomene, die durch den "Skin-Effekt" direkt die Einfügeverluste beeinflussen, sind die Kupferrauhigkeit (Abbildung 1) und die Eigenschaften der verwendeten Oberflächenbeschichtungen. Oberflächenbeschichtungen, die elektroloses Nickel auf ihren Oberflächen enthalten, wie zum Beispiel elektrolose Nickel-Ausfällung (ENIG) und elektrolose Nickel-Palladium-Ausfällung (ENEPIG), weisen aufgrund der Widerstandseigenschaften von elektrolosem Nickel im Vergleich zu Kupfer höhere Einbringungsverluste auf. Neuere Beschichtungen wie elektrolose Palladiumfälschung (EPIG) und elektrolose Palladiumfälschung (IGEPIG) sind bevorzugte Verfahren zur Erzielung minimaler Einfügeverluste in Hochfrequenzanwendungen.

Oberflächenrauheit von Kupfer

In der mehrschichtigen Struktur wird die Oberfläche des Kupfers grob gemacht, um die Haftung zwischen Leiter und Medium zu verbessern. Das Groben erfolgt durch chemische oder mechanische Methoden, um eine feste Position für das Harz zu schaffen. Dies ist effektiv für Nicht-HF-Stromanwendungen und auch für HF-Signale, die sich bei niedrigen Frequenzen ausbreiten. Allerdings nimmt die Hauttiefe ab, wenn die Frequenz auf 10 GHz oder mehr ansteigt. Wenn die Hauttiefe gleich oder kleiner ist als die Kupferoberflächenrauhigkeit (Fig.1), führt die Rauheit zu einer Erhöhung des Drahtwiderstands und beeinflusst den Leiterverlust und die Phasenwinkelantwort der Schaltung.

Abbildung 1: Hauteffekt des Kupferleiters

Als die Hochfrequenzdes Signals steigt, Das elektrische Signal kommt immer näher an die Oberfläche des Kupferleiters, dadurch den Widerstand und Übertragungsverlust erhöhen.

Eine Schaltung, die Kupfer mit einer rauen Oberfläche verwendet, erleidet mehr Leiterverluste als eine, die Kupfer mit einer glatteren Oberfläche verwendet. Genauer gesagt ist die Kupferoberfläche an der Substratoberfläche Kupferoberfläche ein Problem für Oberflächenrauheit im Zusammenhang mit Leiterverlust. Neuere Entwicklungen zur Verbesserung der Haftung von Mehrschichtplatten gehen über die Standardvergröbung für Schwarz- und Braunoxidbildung hinaus.

Heute verlassen sich die meisten inneren Schichten auf chemisches Ätzen, um die Verkabelung für maximale Verklebung leicht grob zu machen. Das Groben ist jedoch keine Methode, um den Verlust von Leitersignalen zu minimieren. Die Industrie wählt chemische Klebstoffe, um die Haftung von Drähten zu verbessern, die Hochfrequenz-HF-Signale tragen; Es ist auch sehr effektiv auf glatten Kupferoberflächen.

Ein derzeit verfügbares chemisches Bindungssystem ist eine Kombination aus Zinnablagerung und anschließender Behandlung mit einem Silankoppelungsmittel. Diese Verarbeitung erfolgt in der Regel in horizontalen Transportmitteln und erzeugt eine gute Haftung zwischen Leiter und Medium. Ein Artikel [1] berichtete: "Studien haben gezeigt, dass Kupferfolientypen mit unterschiedlicher Rauigkeit einen direkten Einfluss auf die Einfügeverluste von Bandleitungsstrukturen haben. Chemieanbieter bieten neue Behandlungen an, um Leitereinleitungsverluste und Oberflächenrauheit zu minimieren."

Oberflächenrauheit von Kupfer

Handgeräte sind ein Schlüsseltreiber für Schaltungsdesigner, um Miniaturisierung zu erreichen. Für solche Anwendungen, Feinausrichtung und Abstand werden normalisiert. Darüber hinaus, the demand for lead bonding is focused on ni-gold (ENIG) and Ni-palladium (ENEPIG) coatings. Wenn es um HF-Signalübertragung oben geht Hochfrequenz ((10GHz)), Bestimmte Einschränkungen müssen eingehalten werden. Die elektrolose Nickelbeschichtung ist ein Teil der Leiteroberfläche. Im Vergleich zu Kupfer, Es gibt Übertragungsverluste im Zusammenhang mit dem Hauteffekt der elektrolosen Vernickelung.

Für die Hochfrequenz-HF-Übertragung stehen neue Oberflächenbeschichtungen zur Verfügung. Diese Beschichtungen eliminieren oder reduzieren den Einsatz von EN. Derzeit ist das am häufigsten verwendete elektrolose Palladium-Fällungsgold (EPIG). Ich habe das EPIG in meiner letzten Kolumne vorgestellt. Der Fokus dieses Artikels liegt auf Einfügedämpfung.

Abbildung 2: Vergleich der Einfügeverluste von Beschichtungen auf nickelhaltigen, dünnen nickel- und nickelfreien Oberflächen

Abbildung 2 enthält den Streuparameter (S-Parameter) als Beziehung zwischen der Signalfrequenz auf der vertikalen Achse und der horizontalen Achse. Unter dem S-Parameter bezieht sich Streuung darauf, wie Strom und Spannung in einer Übertragungsleitung beeinflusst werden, wenn sie auf Unterbrechungen stoßen, die durch Netzeinbringung in die Übertragungsleitung verursacht werden. Eine Grundlinie wird festgelegt und eine neue Kurve wird gemessen, indem das zu testende Gerät eingeführt wird. Der Unterschied ist die Übertragungs- oder Einfügedämpfung, gemessen in dB.

Figure 2 compares the insertion losses of ni (two ENEPIG and one ENIG), little nickel (thin nickel ENEPIG), and no nickel (EPIG and IGEPIG) surface coatings. Das dünne Nickel ENEPIG hat nur 4.0 μ Ins (0.1 μm) for electroless nickel plating. Ein IGEPIG ist eine Variante eines EPIG. EPIC wurde durch einen Palladium-Laugungskatalysator auf der Kupferoberfläche abgeschieden. IGEPIG verwendet eine Goldschicht als Katalysator zur Ablagerung von elektrolosem Palladium.

Während die Industrie mit dem Trend der großflächigen Datenübertragung und Miniaturisierung einhergeht, the Hochfrequenz-Leiterplatte Leiterplattenhersteller Msignal transmission will continue to increase. Zum Beispiel, wenn HF-Frequenzen über 10 GHz beteiligt sind, Bestimmte Zulagen müssen reserviert werden, um Übertragungsverluste aufgrund von Kupferrauheit und Oberflächenbeschichtungsart zu minimieren.