แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง

ใช้วัสดุที่มีการสูญเสียต่ำ (เช่น Rogers 4350B) โดยมีความคลาดเคลื่อนของความกว้างเส้น ±0.01 มม. ความแม่นยำในการควบคุมระยะห่างระหว่างชั้นสัญญาณ ±5% และความแม่นยำในการควบคุมอิมพีแดนซ์ ±5Ω

สถานีฐาน 5G (24.25-52.6GHz), การสื่อสารผ่านดาวเทียม (ย่านความถี่ Ka 26.5-40GHz), เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (77GHz), ศูนย์ข้อมูลความเร็วสูง (100Gbps ขึ้นไป)

ประเมินเชิงปริมาณโดยใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น การสูญเสียการแทรก (＜-3dB@10GHz), การสูญเสียการสะท้อนกลับ (＞-20dB@10GHz) และการรบกวนข้ามช่องสัญญาณ (＜-30dB)

เกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุ อุณหภูมิ (ค่า Df เพิ่มขึ้น 3%-5% ทุกๆ 10℃ ที่เพิ่มขึ้น) และความถี่ (ค่า Df เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความถี่)

Rogers 4350B (Dk=3.48, Df=0.0037), Taconic TLY-5 (Dk=2.2, Df=0.0009), Isola 370HR (Dk=3.6, Df=0.004)

วัสดุที่มีค่า Dk ต่ำจะช่วยลดความล่าช้าในการส่งสัญญาณ (เช่น วัสดุที่มีค่า Dk=2.2 จะมีความล่าช้าเร็วกว่า FR-4 ถึง 25%) และวัสดุที่มีค่า Df ต่ำจะช่วยลดการลดทอนของสัญญาณ (การสูญเสียต่ำกว่า FR-4 ถึง 70% เมื่อ Df=0.001)

การดูดซับน้ำที่มากกว่า 0.5% จะทำให้ค่า Dk ผันผวนเกิน 5% จึงแนะนำให้ใช้วัสดุที่มีการดูดซับน้ำน้อยกว่า 0.1% (เช่น Rogers 4350B ที่มีการดูดซับน้ำ 0.04%)

ควรให้ความสำคัญกับวัสดุที่มีค่า Dk＜2.5 และ Df＜0.001 (เช่น Arlon AD255, Dk=2.5, Df=0.0008) เพื่อตอบสนองการใช้งานในช่วงความถี่ 24-100GHz

การเติมเซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์สามารถเพิ่มค่า Tg ของวัสดุให้สูงกว่า 280℃ และลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ให้เหลือ 2-3 ppm/℃ ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง

ในกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม ความกว้าง/ระยะห่างของเส้นจะมากกว่าหรือเท่ากับ 50 ไมโครเมตร ในขณะที่กระบวนการผลิตขั้นสูงสามารถทำได้ถึง 30 ไมโครเมตร ซึ่งต้องมีการควบคุมความต้านทานให้เหมาะสม

ใช้การจัดเรียงแบบสมมาตร โดยมีระยะห่าง ≤0.1 มม. ระหว่างชั้นพลังงานและชั้นกราวด์ และ ≤0.05 มม. ระหว่างชั้นสัญญาณและชั้นอ้างอิง เพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การใช้ vias แบบธรรมดาทำให้เกิดการสูญเสีย -3dB ที่ความถี่ 10GHz การใช้การเจาะด้านหลัง (การตัดความยาวส่วนเกินของ stub ออก) สามารถลดการสูญเสียได้มากกว่า 60%

หลีกเลี่ยงการเดินสายแบบทำมุมฉาก (การสะท้อนเพิ่มขึ้น 15%) ให้ความสำคัญกับมุม 45° ควบคุมพื้นที่วงจรสัญญาณให้น้อยกว่า (ความยาวคลื่นสัญญาณ)²/100

ใช้การเจาะด้วยเลเซอร์ CO₂ (ความแม่นยำของรูรับแสง ±5μm) เพื่อหลีกเลี่ยงการแยกชั้นจากการเจาะด้วยเครื่องจักร โดยมีความหยาบของผนังรู Ra≤1.2μm

ใช้การชุบทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้าควบคู่กับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า ควบคุมความหยาบของชั้นทองแดง Rz≤2μm เพื่อลดการสูญเสียที่ผิว (การสูญเสียจะเพิ่มขึ้น 10% สำหรับทุกๆ 1μm ที่ความหยาบเพิ่มขึ้น)

การเคลือบด้วยนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าและทองคำ (ENIG) ที่มีความหนา 1-3 ไมโครเมตร และความต้านทานการสัมผัส

ควรควบคุมอุณหภูมิการเคลือบให้อยู่ที่ Tg ของวัสดุ + 30℃ (เช่น อุณหภูมิการเคลือบของ Rogers 4350B อยู่ที่ 210-230℃) โดยใช้แรงดัน 5-8 MPa เพื่อป้องกันการแยกชั้น

ใช้ TDR (time-domain reflectometer) เพื่อตรวจจับความต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ใช้รังสีเอ็กซ์เพื่อตรวจจับการเบี่ยงเบนของตำแหน่ง (อนุญาตได้ ±0.05 มม.) และใช้ AOI เพื่อตรวจจับความคลาดเคลื่อนของความกว้างเส้น

ใช้วัสดุที่มีค่า Df ต่ำ ปรับความเรียบของแผ่นฟอยล์ทองแดงให้เหมาะสม (แผ่นฟอยล์ทองแดง RTF มีการสูญเสียต่ำกว่าแผ่นฟอยล์ทองแดง RA ถึง 30%) และลดความยาวของเส้นทางเดินสัญญาณ

ตรวจสอบความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ (เช่น รูเชื่อมต่อ, ตัวเชื่อมต่อ) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าเบี่ยงเบนของอิมพีแดนซ์

ความยาวของเส้นสัญญาณคู่ขนานที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการรบกวนข้ามช่องสัญญาณ การเพิ่มระยะห่างระหว่างเส้นสัญญาณให้เป็นไปตามหลักการ 3W (W คือความกว้างของเส้นสัญญาณ) และการเพิ่มฉนวนกราวด์สามารถลดการรบกวนข้ามช่องสัญญาณได้ถึง 20dB

ต่อปลายสายด้วยตัวต้านทานที่เหมาะสม (ความต้านทาน = อิมพีแดนซ์ของสายส่ง) และใช้การเปลี่ยนความกว้างของสายแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนให้ต่ำกว่า 0.1

การป้องกันด้วยระนาบกราวด์ที่สมบูรณ์ (ช่องว่าง

การนำความร้อนผ่านแผ่นฟอยล์ทองแดง (ค่าการนำความร้อน 398 วัตต์/มิลลิเคลวิน) คิดเป็น 70% การนำความร้อนจากวัสดุ 20% และการพาความร้อน/การแผ่รังสี 10%

เพิ่มความร้อนโดยการเพิ่มความหนาแน่น (≥200/cm²) ใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงหนา (≥3 ออนซ์) และใช้ร่วมกับแผ่นระบายความร้อนเพื่อลดความต้านทานความร้อนลง 40%

แผ่นรองพื้นอะลูมิเนียม (170W/mK) > แผ่นรองพื้นทองแดง (398W/mK) > FR-4 ทั่วไป (0.35W/mK)

ทุกๆ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10℃ ค่า Dk จะเพิ่มขึ้น 0.5%-1% และค่า Df จะเพิ่มขึ้น 3%-5% อุณหภูมิใช้งานที่แนะนำคือ

ใช้รูพรุนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3-0.5 มม. และระยะห่าง ≤1 มม. เพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีเส้นทางการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพและลดความต้านทานความร้อนลง 30%

การทดสอบพารามิเตอร์ S (S11, S21 เป็นต้น), การทดสอบอิมพีแดนซ์, การทดสอบการสูญเสียไดอิเล็กทริก, การทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (-40℃~125℃, 500 รอบ)

S11 (ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ), S21 (ค่าการสูญเสียการแทรก) ช่วงความถี่ทดสอบครอบคลุมย่านความถี่ใช้งานด้วยความแม่นยำ ±0.5dB

ทำการทดสอบด้วยความร้อนชื้น (85℃/85% RH, 1000 ชั่วโมง) และการทดสอบด้วยการพ่นละอองเกลือ (5% NaCl, 24 ชั่วโมง) เพื่อตรวจสอบความทนทานต่อสภาพอากาศของวัสดุ

วัดรูปคลื่นสะท้อนโดยการปล่อยสัญญาณแบบขั้นบันไดเพื่อระบุตำแหน่งความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ด้วยความละเอียดสูงสุดถึง 0.1 มม.

ใช้ห้องเก็บเสียงสะท้อนเพื่อทดสอบการแผ่รังสี (≤-40dBμV/m@1GHz) และทดสอบประสิทธิภาพการป้องกัน (>60dB)

ควรใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์ด้วยไนโตรเจน (ปริมาณออกซิเจน

เลือกใช้คอนเนคเตอร์ความถี่สูง เช่น SMA, 2.92 มม., 1.85 มม. เป็นต้น ที่มีช่วงความถี่ใช้งานครอบคลุมย่านความถี่ที่ต้องการ และมีค่าการสูญเสียสัญญาณ (insertion loss) น้อยกว่า 0.5 dB

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าความต้านทานระหว่างขั้วต่อและแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ตรงกัน และทำความสะอาดขั้วต่อหลังการบัดกรีเพื่อลดการสูญเสียลง 15%

จำเป็นต้องตอบสนองความต้องการของย่านความถี่ 24-52GHz และแก้ไขปัญหาการระบายความร้อน (ความหนาแน่นของพลังงาน >10W/cm²) และปัญหาการลดขนาด

ผ่านการรับรองมาตรฐาน AEC-Q200 โดยมีอุณหภูมิใช้งานตั้งแต่ -40℃ ถึง 125℃

IPC-4101 (ข้อกำหนดวัสดุพื้นฐาน), IPC-6012 (มาตรฐานการยอมรับแผงวงจรแข็ง), IEEE 802.3 (มาตรฐานสัญญาณความเร็วสูง)

เป็นไปตามมาตรฐาน MIL-PRF-55110 (วงจรไมโครเวฟ) อุณหภูมิใช้งาน -55℃ ถึง 125℃ ผ่านการทดสอบการพ่นละอองเกลือและการทดสอบเชื้อรา

ตรงตามข้อกำหนด AEC-Q200 (การรับรองส่วนประกอบแบบพาสซีฟ) และ ISO 26262 (ความปลอดภัยเชิงฟังก์ชัน)

ตรงตามมาตรฐาน 3GPP TR 38.810 (อุปกรณ์สถานีฐาน) ค่าการสูญเสียการแทรก -15dB

เป็นไปตามมาตรฐาน NASA-STD-8739.3 (วัสดุอิเล็กทรอนิกส์) ผ่านการทดสอบความร้อนชื้น 1000 ชั่วโมง การเปลี่ยนแปลง Dk น้อยกว่า 2%

วัสดุที่มีการสูญเสียต่ำมาก (Df

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนลดลงเหลือ 1 ppm/℃ ค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 100 W/mK ในขณะที่ค่า Dk ยังคงต่ำ (2.8)

วัสดุที่มีความยืดหยุ่นจะมีค่า Dk สูงกว่าเล็กน้อย (3.0-3.5) และค่า Df สูงกว่า 20%-30% แต่ช่วยให้สามารถขึ้นรูปสามมิติได้

วัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (เช่น วัสดุที่ทำจากเส้นใยลินิน) ที่มีค่า Dk=3.2 และ Df=0.004 เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

แผ่นรองพื้นเซรามิก Al₂O₃ ที่มีค่า Dk=9.8 และค่าการนำความร้อน 24W/mK เหมาะสำหรับการรวมเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้า

Altium Designer, Cadence Allegro, ANSYS HFSS (การจำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้า), Keysight ADS (การจำลองวงจร)

สร้างแบบจำลอง 3 มิติ กำหนดพารามิเตอร์วัสดุและเงื่อนไขขอบเขต จำลองพารามิเตอร์ S และการกระจายสนามโดยมีข้อผิดพลาด

ทำการจำลองระดับวงจร ปรับเครือข่ายการจับคู่ให้เหมาะสม ทำนายการสูญเสียการแทรกและการสูญเสียการสะท้อนกลับ และรองรับการวิเคราะห์พารามิเตอร์ S แบบหลายพอร์ต

ความคลาดเคลื่อนภายใน ±3Ω จำเป็นต้องทำการปรับเทียบด้วยพารามิเตอร์กระบวนการจริง (เช่น ความหยาบของแผ่นฟอยล์ทองแดง ความหนาของฉนวน)

ปรับรูปแบบการวางเส้นทางตามการกระจายสนาม ปรับการจับคู่ความต้านทานให้เหมาะสมที่สุดผ่านการสแกนพารามิเตอร์ และออกแบบซ้ำๆ เพื่อลดการสูญเสีย

เครื่องเจาะเลเซอร์ (ความแม่นยำ ±5μm), เครื่องเคลือบสุญญากาศ, เครื่องกัดลายนูนความแม่นยำสูง (ความคลาดเคลื่อนของความกว้างเส้น ±0.01 มม.)

เลเซอร์ CO₂ เหมาะสำหรับแผ่นวัสดุหนา (>1 มม.) ที่มีรูเปิดขนาดใหญ่ (≥0.3 มม.) ส่วนเลเซอร์ UV เหมาะสำหรับแผ่นวัสดุบาง (

ระดับสุญญากาศ

อัตราส่วนการกัดเซาะ ≥3:1 เพื่อให้มั่นใจว่าปริมาณการกัดเซาะด้านข้าง

สามารถตรวจจับความเบี่ยงเบนของความกว้าง/ระยะห่างของเส้น (±0.005 มม.) การลัดวงจร/วงจรเปิด ขนาดความบกพร่องขั้นต่ำ 0.01 มม.

เป็นไปตามมาตรฐาน RoHS 2.0 (จำกัดสารอันตราย 6 ชนิด เช่น ตะกั่วและปรอท) และมีปริมาณฮาโลเจนน้อยกว่า 900 ppm

ใช้ตะกั่วบัดกรีแบบไร้สารตะกั่ว มีปริมาณโลหะหนักน้อยกว่า 0.1 มิลลิกรัม/ลิตร หลังจากการบำบัดน้ำเสีย และนำเศษวัสดุกลับมาใช้ใหม่ (อัตราการนำกลับมาใช้ใหม่มากกว่า 95%)

กู้คืนทองแดงด้วยการบดทางกายภาพและการละลายทางเคมี (อัตราการกู้คืน > 98%) และบำบัดของเสียจากเรซินอย่างปลอดภัย

วัสดุที่ทำจากกรดโพลีแลคติก มีค่า Dk=3.3 และ Df=0.005 มีอัตราการย่อยสลายมากกว่า 80% ภายใน 180 วันหลังการใช้งาน

กระบวนการด้านสิ่งแวดล้อมทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น 10%-15% แต่การปฏิบัติตามกฎระเบียบจะช่วยหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการถูกปรับ

อัลกอริทึม AI ช่วยปรับปรุงโครงสร้างการกำหนดเส้นทาง ลดเวลาในการออกแบบด้วยตนเองลง 50% และลดการสูญเสียสัญญาณลง 15%

ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนด้วยความแม่นยำในการจัดเรียงระหว่างชั้น ±0.05 มม. แต่ปัจจุบันมีการสูญเสียวัสดุสูง (Df=0.01)

ต้องใช้วัสดุที่มีการสูญเสียต่ำมาก (Df

จำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีค่า Dk

ใช้เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์แบบ 2.5D/3D เพื่อลดระยะทางของสัญญาณและลดการสูญเสียในระบบลง 30%

หลีกเลี่ยงสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความชื้นสูง (อุณหภูมิ

ใช้การเจาะย้อนกลับเพื่อกำจัดส่วนเกินของรูเจาะ โดยให้ความยาวของรูเจาะไม่เกิน 1/8λ และใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์ผ่านรูเพื่อลดความจุปรสิต

ให้ความสำคัญกับวัสดุที่มีค่า Dk ต่ำ (

ทดสอบค่าพารามิเตอร์ S ด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่าย โดยกำหนดให้ S11 ≤ -15dB และข้อผิดพลาดของอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ ±5Ω; ใช้ TDR เพื่อสังเกตค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน

ความหนาของชั้นไดอิเล็กทริก 0.05-0.2 มม. ความหยาบของแผ่นฟอยล์ทองแดง Ra≤0.5 μm; ร่องรอยของชั้นที่อยู่ติดกันตั้งฉากกัน ระยะห่างระหว่างชั้นพลังงาน/กราวด์

ใช้กล่องโลหะสำหรับป้องกันคลื่นรบกวน (ประสิทธิภาพการป้องกัน ≥80dB) ที่มีช่องว่างแคบกว่า λ/20; และเพิ่มจุดต่อลงดินผ่านอาร์เรย์ที่ขอบของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

ระยะห่างระหว่างเส้น ≥3 เท่าของความกว้างเส้น, ข้อผิดพลาดด้านความยาว

ENIG ให้พื้นผิวเรียบและมีการสูญเสียต่ำ ในขณะที่ความบางของ OSP เหมาะสำหรับงานความถี่สูง ช่วยหลีกเลี่ยงการสูญเสียทางแม่เหล็กจากชั้นนิกเกิล

ใช้ HFSS/CST สำหรับการจำลองคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเต็มคลื่นเพื่อตรวจสอบ SI/PI; ทำการวิเคราะห์การกวาดค่าพารามิเตอร์ S ที่จุดความถี่ ≥10 จุด

เลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ≤15 ppm/℃ เพิ่มความร้อนโดยการเพิ่มความหนาแน่น (≥20/cm²) และใช้แผ่นวงจรพิมพ์ที่ทำจากโลหะหุ้มด้วยทองแดง

ใช้วัสดุ PTFE ที่มีค่า Df ต่ำ ปรับความหนาของชั้นไดอิเล็กทริกให้เหมาะสมเพื่อให้ตรงตามเงื่อนไขการสั่นพ้อง λ/4 และลดการสูญเสียพลังงาน

ความคลาดเคลื่อนของความกว้างเส้น ±0.02 มม. ทำให้ค่าอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลง ±3 โอห์ม; ความคลาดเคลื่อนของความหนาของฉนวน ±0.01 มม. ทำให้ค่า Dk เปลี่ยนแปลง ±0.1 ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมอย่างเข้มงวด

วางตัวเก็บประจุแบบ MLCC (10nF/100nF/1μF) ที่จุดจ่ายไฟเข้า และแบ่งชั้นจ่ายไฟโดยเว้นระยะห่างระหว่างโดเมนแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 50 มิลลิเมตร

ความต้านทานการสัมผัสของอุปกรณ์