射频板PCB工艺设计规范.docx

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射频板PCB工艺设计规范

印制电路板设计规范

——工艺性要求（仅适用射频板）

目次

前言………………………………………………………………………………………………II

前言

印制电路板设计规范

——工艺性要求（仅适用射频板）

1范围

本标准规定了射频电路板设计应遵守的基本工艺要求。

本标准适用于射频电路板的PCB设计。

2规范性引用文件

IPC-SM-782SurfaceMountDesignandLandPatternStandard

IPC2252-2002DesignGuideforRF-MicrowaveCircuitBoards

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1微波Microwaves

微波是电磁波按频谱划分的定义,是指波长从1m至0.1mm范围内的电磁波,其相应的频率从0.3GHz至3000GHz。

这段电磁频谱包括分米波（频率从0.3GHz至3GHz）\厘米波（频率从3GHz至30GHz）\毫米波（频率从30GHz至300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz至3000GHz,有些文献中微波定义不含此段）四个波段（含上限，不含下限）。

具有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性五大特点。

3.2射频RF（RadioFrequency）

射频是电磁波按应用划分的定义,专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波。

频率范围定义比较混乱，资料中有30MHz至3GHz,也有300MHz至40GHz,与微波有重叠;另有一种按频谱划分的定义,是指波长从1兆m至1m范围内的电磁波,其相应的频率从30Hz至300MHz；射频（RF）与微波的频率界限比较模糊，并且随着器件技术和设计方法的进步还有所变化。

3.3射频PCB及其特点

考虑PCB设计的特殊性,主要考虑PCB上传输线的电路模型。

由于传输线采用集总参数电路模型和分布参数电路模型的分界线可认为是l/λ≥0.05.（其中,l是几何长度；λ是工作波长）.在本规范中定义射频链路指传输线结构采用分布参数模型的模拟信号电路。

PCB线长很少超过50cm,故最低考虑30MHz频率的模拟信号即可；由于超过3G通常认为是纯微波,可以考虑倒此为止；考虑生产工艺元件间距可达0.5mm，最高频率也可考虑定在30GHz，感觉意义不大。

综上所述，可以考虑射频PCB可以定义为具有频率在30MHz至6GHz范围模拟信号的PCB，但具体采用集总还是分布参数模型可根据公式确定。

由于基片的介电常数比较高，电磁波的传播速度比较慢，因此，比在空气中传播的波长要短，根据微波原理，微带线对介质基片的要求：

介质损耗小，在所需频率和温度范围内，介电常数应恒定不变，热传导率和表面光洁度要高，和导体要有良好的沾附性等。

对构成导体条带的金属材料要求：

导电率高电阻温度系数小，对基片要有良好的沾附性，易于焊接等。

3.4阻抗impedance

规范中特指传输线的特征阻抗,定义为传输线电压和电流决定的传输线的分布参数阻抗。

通常用Z0表示。

表达式为：

在交流电路中电流所遇到的所有阻抗的度量单位。

电路中某点电流与其电动势之比；阻抗通常表示为z=r+jx，这里r是欧姆电阻抗,x是电抗，可以是感抗或容抗；j是－1的平方根。

3.5微带线Microstrip

一种传输线类型。

由平行而不相交的带状导体和接地平面构成。

微带线的结构如图1所示它是由导体条带（在基片的一边）和接地板（在基片的另一边）所构成的传输线。

微带线是由介质基片，接地平板和导体条带三部分组成。

在微带线中，电磁能量主要是集中在介质基片中传播的如图2所示。

图1图2

3.6趋肤效应

趋肤效应---又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应。

在高频下，电流仅在导体表面的一个薄层内传输。

3.7耗散因数（介质损耗角）Dissipationfactor

损耗电流与充电电流的比值。

耗散因数或损耗角正切，tanδ，表示为ε”/ε’，ε’和ε”为介电常数真实和虚幻的部分（见介电常数），损耗角正切是一个参数，用来示意绝缘体或电介质在AC信号中吸收部分能量的趋向。

3.8介电常数Permittivity

自由空间与电介质内电磁传播波长的均方根之比；一般而言，材料的介电常数e,由实部和虚部构成；e的实部和虚部定义为e'和e''。

3.9屏蔽罩EMIshielding

屏蔽罩是无线设备中普遍采用的屏蔽措施。

其工作原理如下：

当在电磁发射源和需要保护的电路之间插入一高导电性金属时，该金属会反射和吸收部分辐射电场，反射与吸收的量取决于多种不同的因素，这些因素包括辐射的频率，波长，金属本身的导电率和渗透性，以及该金属与发射源的距离。

屏蔽的具体过程如下图3所示：

图3

4印制板基板

4.1射频板材的选用原则

4.1.1微波频段PCB板不仅是电路的支撑体，还是微波电磁场的传输媒体。

所以，射频电路PCB最好选择高频、微波板材。

4.1.2射频电路PCB上的印制线除了一般的原则--考虑电流大小外，还必须考虑印制线的特性阻抗，严格进行阻抗匹配，在PCB制作时必须考虑印制线的阻抗控制。

印制线的特性阻抗与PCB的材料特性及物理参数相关，所以PCB设计人员必须清楚PCB板材的性能。

4.1.3射频电路板一般都具有高频高性能的特点，通常选择介电常数精度高、特性稳定性且损耗小的基材。

此外，基材必须符合可生产加工，如高温回流焊接等。

目前我司常用的射频基材为FR4,TACONIC和ROGERS公司的系列板材。

详见附录A.

4.1.4FR4（阻燃型覆铜箔环氧玻璃布层压板），介电常数在1GHz频率下测试为Er=4.3±0.2，玻璃化温度Tg=135℃。

普通板材使用的板料有以下两种：

普通板料,成本低，工艺成熟；UV板料，俗称黄料板，有UV-BLOCKING阻挡紫外线的功能，主要用于PCB板的外层。

性能稍优于普通板料。

4.1.5TACONIC公司品牌好，规格齐全，价格相对FR4高些。

4.1.6ROGERS公司的材料介电常数精度高，温度稳定性好，损耗小，常用于大功率电路，并且PCB制造、加工工艺与FR4相同，加工成本低，但铜箔的附着力小。

4.1.7常用高频板基材及其性能如表1所示。

表1常用高频板基材及其性能

材料种类

NELCON4000-13

普通FR4

ROGERSRO4350

GETEKML-200D

TACONICTLC32

组成及特点

玻璃纤维+改性环氧树脂

高Tg材料

环氧树脂加玻璃纤维布层压板。

陶瓷颗粒填充材料+PPO树脂

低Dk，Df材料

玻璃纤维+热固性环氧树脂+PPO树脂

低Dk，Df材料

玻璃纤维+聚四氟乙烯

低Dk，Df材料

电性能

ε=3.7（1GHz）

tanξ=0.009

ε=4.3（1GHz）

ε=3.48（10GHz）

tanξ=0.004

ε=3.7（1GHz）

tanξ=0.0092

ε=3.2（10GHz）

tanξ=0.003

玻璃化温度（Tg）

Tg=

210ºC（DSC）

135ºC（普通）175ºC（高TG）（DSC）

Tg>280ºC（TMA）

Tg=180ºC

Tg=210ºC

可加工性（类比FR4）

层压时对压机的升温控制要求较高

可加工性好，各项指标均能符合加工要求。

TG值稍低。

可加工性差，对切削工具磨损大，铜箔的抗剥能力差

层压时对压机的升温控制要求较高，对切削工具有一定的磨损，铜箔的抗剥能力差

可加工性差，材料软，不适合单独做厚板

主要用途

手机，服务器，天线，网络计算机，适于高速信号传输

手机，工作基站，天线，计算机，适于高速信号传输

手机，工作基站，天线，雷达，微波，适于高速信号传输

手机，工作基站，天线，雷达，微波，适于高速信号传输

天线，雷达，微波，适于高速信号传输

材料生产商

NELCO

多家

ROGERS

GE

TACONIC

价格（FR4X倍数）

3-4

1

10

6-7

〉10

设计要求

树脂含量稳定，介电常数变化小，对介质层调整地范围宽

型号、厚度种类最多，能符合各种基本要求，但DK值较大，设计时受到限制。

树脂含量稳定，介电常数变化小，对介质层调整地范围宽

树脂含量稳定，介电常数变化小，但半固化片只有0。

1mm规格，对介质层调整地范围窄

多层板设计时使用的半固化片的介电常数，按混压方式计算出实际的介电常数和阻抗值

4.2PCB厚度

4.2.1PCB厚度，指的是其标称厚度（即绝缘层加完成铜箔的厚度）。

4.2.2射频印制电路板PCB厚度通常采用0.2mm的整数倍，如0.8mm,1.0mm,1.6mm等，有时也用英寸表示印制电路板板材厚度。

具体厚度应该按照阻抗控制计算出的结果为准。

4.3铜箔厚度

PCB铜箔厚度指成品厚度，图纸上应该明确标注为成品厚度（FinishedConductorThickness）。

射频板要求铜箔均匀且薄。

均匀的铜箔其电阻温度系数均匀，且使信号传输损失更小，详见附录B。

4.4PCB制造技术要求

4.4.1PCB制造技术要求一般标注在钻孔图上，主要有以下项目（根据需要取舍）：

a）基板材质、厚度及公差；

b）铜箔厚度：

注：

铜箔厚度的选择主要取决于导体的载流量和允许的工作温度，射频板需严格控制铜箔厚度的制造精度。

c）焊盘表面处理

注：

一般有以下几种：

1）一般采用喷锡铅合金HASL工艺，锡层表面应该平整无露铜。

只要确保6个月内可焊性良好就可以。

为获得更好的趋肤效应,可对射频板选择化学镀金工艺或OSP工艺。

同时有助于减少环境污染。

2）如果PCB上有细间距器件（如0.5mm间距的BGA）,或板厚≤0.8mm，可以考虑化学（无电）镍金（Ep.Ni2.Au0.05）。

还有一种有机涂覆工艺（OrganicSolderabilityPreservative简称OSP），由于还存在可焊期短、发粘和不耐焊等问题，暂时不宜选用。

3）对板上有裸芯片（需要热压焊或超声焊，俗称Bonding）或有按键（如手机板）的板，就一定要采用化学镀镍、金工艺（Et.Ni5.Au0.1）。

有的厂家也采用整板镀金工艺（Ep.Ni5.Au0.05）处理。

前者表面更平整，镀层厚度更均匀、更耐焊，而后者便宜、亮度好。

从成本上讲，化学镀镍、金工艺（Et.Ni5.Au0.1）比喷锡贵，而整板镀金工艺则比喷锡便宜

4）对印制插头，一般镀硬金，即纯度为99.5%-99.7%含镍、钴的金合金。

一般厚度为0.5~0.7μm,标注为：

Ep.Ni5.Au0.5。

镀层厚度根据插拔次数确定，一般0.5μm厚度可经受500次插拔，1μm厚度可经受1000次插拔。

d）阻焊层

推荐射频PCB板的阻焊厚度范围为0.5mil-1.0mil。

e）丝印字符

1）要求对一般涂敷绿色阻焊剂的板，采用白色永久性绝缘油墨；对全板喷锡板，建议采用黄色永久性绝缘油墨，以便看清字符；对于RO4350板材，无阻焊情况下，字符建议采用绿色或红色永久性绝缘油墨。

优先选用反差较大的颜色。

2）射频单板上的位号丝印尽量不要放置在锡面或基材上，以防止PCB加工过程中脱落。

如因微带线上位号丝印不可避免需放置在锡面或基材上，建议在位号丝印区加阻焊进行控制。

f）成品板翘曲度

注：

请参照公司质量部门所提供的标准。

g）成品板厚度公差

注：

按行业或业界标准板厚<0.8mm，±0.08mm；板厚≥0.8mm，±10%。

h）成品板离子污染度

注：

按照IPC-TM-650的2.3.25和2.3.26方法进行离