Технологии в электронной промышленности №3'2012

Семинар «Многослойные платы на СВЧ-материалах»

Прилипко Константин


14 марта 2012 г. в Москве прошел семинар, организованный компанией PCB Technology. Он был посвящен разработке и производству многослойных печатных плат на СВЧ-материалах. Большая аудитория и многочисленные вопросы слушателей показали значительный интерес специалистов к этой теме.

Ведущим семинара был Александр Акулин, технический директор компании PCB Technology. Сначала он кратко рассказал о развитии компании, которая сегодня представляет собой холдинг из четырех предприятий: «ПСБ Технологии» (поставки ПП, СВЧ-экранов и их монтаж), «КБ Схематика» (разработка топологии ПП), «ПСБ Софт» (поставки и внедрение САПР) и НИИ компьютерных технологий (разработка и поставки СВЧ-фильтров, а также цифровых и цифро-аналоговых модулей). Накопленный всеми этими компаниями опыт и дал возможность организовать данный семинар.

В программе семинара были раскрыты следующие темы:

  • Импеданс проводников. Типы линий передачи на ПП.
  • Скин-эффект и потери.
  • Экраны и экранирование ВЧ- и СВЧ-плат.
  • Структуры слоев для СВЧ-плат. Платы на металле.
  • СВЧ-материалы для печатных плат — сравнение.
  • Проблемы выбора между FR4 и материалами СВЧ.
  • Замена материалов ФАФ и ФЛАН на аналоги.
  • Особенности изготовления и монтажа СВЧ-плат.
  • Эффективный СВЧ-дизайн в современных САПР ПП.
  • Техника и стратегия трассировки ВЧ-плат.
  • Шины питания в ВЧ-платах.
  • Встроенные в плату ВЧ-компоненты.

Прежде чем перейти к основным темам, докладчик обратился к современным тенденциям развития ВЧ- и СВЧ-модулей, привел ряд примеров МПП с СВЧ-цепями, перечислил ряд интересных СВЧ-технологий. Также были отмечены проблемы, к которым может привести игнорирование рекомендаций по конструированию СВЧ-плат. Это:

  • многократный редизайн плат;
  • замедление выхода изделия на рынок;
  • риск получения дефектной продукции или отказов изделий при эксплуатации;
  • рост стоимости разработки и производства.

Вообще, принципы проектирования ВЧ- и СВЧ-плат следуют законам физики. Но если следовать им напрямую не удается, то, как правило, можно найти компромисс. Именно такой подход применяется при согласовании импедансов проводников, расчете параметров линий передачи сигнала на поверхности и внутри платы (для чего в нескольких таблицах были приведены эмпирические и интуитивные правила, применяемые в работе конструктора). Отдельное внимание докладчик уделил сравнению копланарных линий и микрополосок, их характеристикам и параметрам. И как результат, перечислены причины искажений ВЧ-сигнала:

  1. Отражения (обратные потери) — критично!
  2. Перекрестные помехи — критично для ВЧ.
  3. Точность опорных источников — критично для ВЧ.
  4. Шум на шинах питания — можно отфильтровать.
  5. Звон по «земле»/питанию — редко происходит в ВЧ-платах.
  6. Скин-эффект (резистивные потери в проводнике).
  7. Потери в диэлектрике (зависят от материала ПП).

Последний пункт — причины потерь сигнала в диэлектрике, базовом материале платы, — был разобран очень подробно.

Следующая тема семинара была посвящена экранам и проблемам экранирования. Докладчик рекомендовал применять металлические заземленные экраны, когда:

  • каскады настолько близки друг к другу, что возможны взаимные наводки;
  • высоки внешние электромагнитные излучения;
  • схема настолько чувствительна, что нормальные окружающие ЭМИ сказываются на ее работе.

Однако в то же время экраны создают и ряд проблем:

  • занимают много места на плате;
  • дорого стоят;
  • бывают трудности с наладкой и ремонтом ПП.

Не менее подробные рекомендации были приведены относительно выбора диэлектриков для СВЧ-проектов, организации структуры слоев и размещения компонентов для многослойной ПП. Были отмечены недостатки FR4 по сравнению со специальными СВЧ-материалами (больший коэффициент теплового расширения, большие потери сигнала, накопление влаги и т. д.).

Что касается вопросов изготовления и монтажа СВЧ-плат, докладчик выделил следующие моменты:

  • Материалы на основе тефлона (PTFE) требуют особых техпроцессов при изготовлении плат.
  • Необходима особая обработка переходных отверстий (плазма, Tetra-Etch) для обеспечения надежности.
  • Малая толщина и гибкость плат, большие полигоны «земли», площадки без термобарьеров, массивы переходных отверстий на площадках компонентов — все это требует особых технологий поверхностного монтажа.
  • Соответственно, необходимо тщательно выбирать производителя печатных плат и сборочное производство.

Также немало трудностей доставляет нанесение паяльной маски. С одной стороны, для обеспечения точного импеданса нужно удалить маску на микрополосковых линиях. С другой — для обеспечения качества монтажа SMT-компонентов необходима маска вокруг площадок. Однако эти проблемы решаемы при помощи специальных опций САПР, как и ряд других вопросов ВЧ- и СВЧ-дизайна. К примеру, САПР Cadence RF предоставляет такие возможности:

  • перемещение и копирование индивидуальных RF-компонентов или выбранных групп;
  • перенос RF-элементов или групп со слоя на слой;
  • настройка параметров RF-компонентов;
  • добавление RF-компонентов при трассировке;
  • вычисление электрических параметров трассы;
  • создание новых RF-компонентов;
  • конвертирование RF-компонентов в полигоны;
  • конвертирование трасс в «линии передачи»;
  • срезание углов RF-трасс;
  • реплицирование RF-каскадов, включая зеркальные варианты для симметричных/балансных цепей.

Слушатели задали много вопросов по поводу рекомендаций по технике и стратегии трассировки, подсоединению компонентов к «земле», проектированию «земляных» слоев и полигонов питания.

Завершил семинар обзор встроенных СВЧ-компонентов — индуктивностей, конденсаторов, резисторов, фильтров и согласующих элементов, сопровожденный подробными комментариями.


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо