تمثل لوحة دارة مطبوعة عالية التردد تكاملاً معقداً للمواد والتصميم والإنتاج ضروري لأنظمة RF والميكروويف الحديثة. تجمع هذه الألواح مواد متخصصة ومعاوقات مراقبة وهياكل via معقدة ومكونات مدمجة لتحقيق وظائف دارة كاملة في شكل مضغوط. يتطلب النجاح في التصميم والإنتاج انتباهاً منسقاً لاختيار المواد وتخطيط stackup ومراقبة المعاوقة وعمليات الإنتاج.
يستكشف هذا الدليل تكنولوجيا لوحة دارة مطبوعة عالية التردد — تصميم stackup وهياكل خطوط النقل وهندسة via والمواد الهجينة ومتطلبات الإنتاج — ويوفر للمهندسين المعرفة لتحديد والحصول على الألواح التي تلبي متطلبات التطبيقات عالية التردد.
تصميم Stackup لتطبيقات عالية التردد
يحدد Stackup ترتيب الطبقات وسماكات العازل والمواد ووظائف الطبقات مما يؤثر على الأداء والإنتاج والتكلفة.
هيكل Stackup النموذجي
قد تحتوي لوحة دارة عالية التردد على:
- الطبقة 1 (إشارة عليا): خطوط نقل Microstrip مع مستوى مرجعي أدناه
- الطبقة 2 (مستوى مرجعي): مستوى كتلة مستمر لعودة الإشارة
- الطبقات 3-4 (إشارات داخلية): خطوط نقل Stripline بين مستويات المرجع
- الطبقة 5 (مستوى مرجعي): مستوى كتلة مستمر
- الطبقة 6 (إشارة سفلى): خطوط نقل Microstrip مع مستوى مرجعي أعلاه
- الطبقة 7 (مستوى الطاقة): توزيع الطاقة للأجهزة النشطة
اختيار سمك العازل
تحدد سماكات العازل بين الطبقات معاوقة خطوط النقل:
- العازل الأرق → معاوقة أقل (سعة أعلى)
- العازل الأسمك → معاوقة أعلى (سعة أقل)
- السماكات النموذجية: 4-10 mil لـ microstrip و 8-15 mil لـ stripline
مزيج المواد
غالباً ما تستخدم الألواح مزيجاً من المواد:
- طبقات RF: مواد PTFE أو مملوءة بالسيراميك للخسائر المنخفضة
- طبقات رقمية: مواد قياسية للاقتصاد
- طبقات انتقالية: مواد متوافقة للضغط على الآلة الموثوق
اعتبارات التماثل
يقلل تصميم stackup المتماثل من الالتواء أثناء الإنتاج:
- سماكات متساوية فوق وتحت المركز
- مواد متساوية فوق وتحت المركز
- يقلل من الالتواء والضغط
تنفيذ هياكل خطوط النقل
تتطلب الألواح عالية التردد هياكل خطوط نقل مختلفة.
تصميم Microstrip
خطوط على الطبقات الخارجية فوق مستوى مرجعي:
- تعتمد المعاوقة على عرض الموصل وسمك العازل و Dk
- التشتت مع التردد
- الوصول إلى المكونات للتجميع والاختبار
تصميم Stripline
خطوط بين مستويات المرجع:
- العازل المتجانس يلغي التشتت
- تحكم معاوقة أفضل من microstrip
- تسامحات سمك عازل أكثر صرامة
أزواج تفاضلية
أزواج مقترنة للإشارات التفاضلية:
- التحكم في معاوقة أحادية الطرف والتفاضلية
- الربط بين الموصلات يؤثر على معاوقة الوضع الفردي
- المسافة بين الموصلات تحدد الربط
تحسين الانتقالات
الانتقالات بين أنواع خطوط النقل:
- انتقالات تدريجية تقلل الانقطاعات
- موضع via لمسارات عودة منخفضة الحث
- تحليل حل المجال يتحقق من الانتقالات
هندسة Via للتصاميم عالية التردد
تربط هياكل via الطبقات وتوفر مسارات عودة وتنشئ ربطات بين الأقسام الوظيفية.
Via عبر الكل
via قياسية مثقوبة عبر سمك اللوحة بالكامل:
- تكنولوجيا بسيطة وتكاليف منخفضة
- تحتل مساحة على جميع الطبقات
- قد تنشئ تداخلات على الطبقات الداخلية
Via عمياء
via تربط الطبقة الخارجية بالطبقة الداخلية:
- توفر مساحة على الطبقة المقابلة
- تتطلب ضغط على الآلة متسلسل
- تكاليف أعلى
Via مدفونة
via تربط الطبقات الداخلية فقط:
- غير مرئية على الطبقات الخارجية
- تتطلب ضغط على الآلة متسلسل
- استخدام مساحة أقصى
Microvias (حفر بالليزر)
via بقطر < 100 μm:
- أحجام صغيرة جداً لكثافة عالية
- حث منخفض لتطبيقات عالية التردد
- تتطلب معدات متخصصة
Ritorni (قمع stub)
الحفر المراقب بالعمق يلغي stubs via:
- يمنع رنينات الرنين على الترددات العالية
- يتطلب تحكم دقيق في عمق الحفر
- يضيف حوالي 10-15% إلى التكاليف
المواد الهجينة والتصاميم
تجمع التصاميم الهجينة مواد مختلفة للأداء الأمثل والتكلفة.
مزيج المواد
- طبقات RF: PTFE للخسائر المنخفضة
- طبقات رقمية: مواد قياسية للاقتصاد
- طبقات انتقالية: مواد متوافقة للضغط على الآلة
توافق الضغط على الآلة
- اختيار مواد ضغط على الآلة متوافقة
- اختبار التوافق قبل الإنتاج
- التحقق من خلال المقطع العرضي
تحسين التكاليف
- استخدام المواد المكلفة فقط حيث لزم الأمر
- مواد قياسية في أماكن أخرى
- توازن الأداء والتكلفة
متطلبات إنتاج لوحة دارة عالية التردد
يتطلب الإنتاج عمليات متخصصة وخبرة.
معالجة المواد
الحفر:
- معاملات محسّنة لنوع المادة
- تغذية مراقبة وسرعة مغزل
- معالجة desmear لمواد PTFE
الضغط على الآلة:
- دورات محددة للمادة
- مراقبة تدفق prepreg
- أنظمة فراغ
تحضير السطح:
- تنشيط لالتصاق النحاس
- مروجات التصاق محددة
مراقبة المعاوقة
- حفر دقيق: تسامح ±0.5 mil
- مراقبة السمك: من خلال عمليات الضغط على الآلة
- التحقق من Coupon: قياس TDR
العمليات النهائية
- طلاء النحاس: توحيد السمك ±10%
- الطلاء النهائي: اختيار ENIG أو فضة أو OSP
- مراقبة الجودة: فحص الأبعاد والسطح
الاختبار والتحقق من الجودة
يؤكد الاختبار الكامل الأداء والامتثال.
اختبار المعاوقة
- قياس TDR: الخصائص المميزة على خطوط النقل
- تصميم Coupon: هياكل تمثل الأشكال الحقيقية
- التحليل الإحصائي: Cpk وتحليل الاتجاه
فحص الأبعاد
- عرض الموصل: دقة ±0.25 mil
- أحجام Gap: للهياكل المقترنة
- محاذاة الطبقة: موضع via
تحليل الهيكل
- المقطع العرضي: محاذاة الطبقة وجودة الطلاء
- التصوير بالأشعة السينية: الاتصالات المخفية
- تحليل المقطع: التحقق من السلامة
تطبيق لوحة دارة مطبوعة عالية التردد
تخدم الألواح تطبيقات متنوعة.
الاتصالات اللاسلكية
- البنية التحتية 5G: محطات القاعدة و small-cell
- اتصالات الأقمار الصناعية: القطاعات الأرضية والفضائية
- WiFi و Bluetooth: وحدات المستهلك
أنظمة الرادار
- رادار السيارات: 77 GHz لـ ADAS
- رادار الأرصاد الجوية: أنظمة المراقبة
- رادار الفضاء: أنظمة شبكات في المرحلة
معدات الاختبار
- محللات الشبكة: المعايير والأجهزة
- مولدات الإشارة: شبكات العمل
- أنظمة الاختبار: معدات توصيف
للحصول على معلومات كاملة حول الإنتاج، راجع دليلنا حول إنتاج لوحة دارة عالية التردد.