2025-09-08
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ हैं, 5 जी बेस स्टेशनों से लेकर एयरोस्पेस रडार सिस्टम तक सब कुछ संचालित करते हैं।इन विशेष बोर्डों को 300MHz से 100GHz तक की आवृत्तियों पर संकेत की अखंडता बनाए रखना चाहिए, जहां मामूली दोष भी विनाशकारी प्रदर्शन विफलताओं का कारण बन सकते हैं।आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी के निर्माण में सामग्री की स्थिरता और सटीक उत्कीर्णन से लेकर थर्मल प्रबंधन और सख्त प्रतिबाधा नियंत्रण तक अद्वितीय चुनौतियां शामिल हैं.
यह गाइड आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी उत्पादन में महत्वपूर्ण बाधाओं का पता लगाता है, उद्योग के आंकड़ों के आधार पर कार्रवाई योग्य समाधान प्रदान करता है। चाहे आप 28GHz 5G मॉड्यूल या 77GHz ऑटोमोटिव रडार डिजाइन कर रहे हों,इन चुनौतियों को समझना और उनसे कैसे निपटना है, यह विश्वसनीय, उच्च प्रदर्शन बोर्ड।
महत्वपूर्ण बातें
1सामग्री का चयन मौलिक हैः पीटीएफई और रोजर्स आरओ 4350 (डीके = 3.48) जैसे कम हानि वाले सब्सट्रेट उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल क्षीणन को कम करते हैं, 28GHz पर मानक FR4 से 60% अधिक प्रदर्शन करते हैं।
2प्रतिबाधा नियंत्रण (आमतौर पर 50Ω) गैर-वार्तालाप योग्य होता है। 5Ω के रूप में छोटे असंगतता 10% संकेत प्रतिबिंब का कारण बन सकती है, रडार और संचार प्रणालियों में प्रदर्शन को कम करती है।
3उच्च घनत्व वाले डिजाइनों में सिग्नल हानि से बचने के लिए सटीक विनिर्माण (ट्रेस के लिए ±12.7μm सहिष्णुता) और उन्नत ड्रिलिंग (लेजर-ड्रिल्ड माइक्रोविया) की आवश्यकता होती है।
4मोटी तांबे (2 औंस+) और थर्मल वायस का उपयोग करके थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है। आरएफ पावर एम्पलीफायर 10W/cm2 उत्पन्न कर सकते हैं, जो उचित गर्मी अपव्यय के बिना ओवरहीटिंग का जोखिम उठाते हैं।
5टीडीआर और वीएनए के साथ परीक्षण सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करता है, जो उत्पादन तक पहुंचने से पहले खोखलेपन या प्रतिबाधा विखंडन जैसे दोषों को पकड़ता है।
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी विनिर्माण में सामग्री चुनौतियां
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी का प्रदर्शन सब्सट्रेट स्थिरता और सतह संगतता पर निर्भर करता है।इन सामग्रियों को व्यापक तापमान रेंज और उच्च आवृत्तियों में लगातार डाइलेक्ट्रिक गुणों को बनाए रखना चाहिए.
सब्सट्रेट स्थिरताः सिग्नल अखंडता की नींव
आरएफ माइक्रोवेव सब्सट्रेट को उनके कम डायलेक्ट्रिक स्थिर (डीके) और अपव्यय कारक (डीएफ) के लिए चुना जाता है, जो सिग्नल हानि को सीधे प्रभावित करते हैं। प्रमुख विकल्पों में शामिल हैंः
| सब्सट्रेट | Dk @ 10GHz | डीएफ @ 10GHz | सीटीई (पीपीएम/°C) X/Y/Z | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|---|
| रॉजर्स RO4350B | 3.48 | 0.0029 | 10 / 12 / 32 | 5G मिमीवेव (28GHz), रडार प्रणाली |
| पीटीएफई (टेफ्लॉन) | 2.1 | 0.001 | 15 / 15 / 200 | उपग्रह संचार (60GHz+) |
| टैकोनिक टीएलसी-30 | 3.0 | 0.0015 | 9 / 12 / 70 | ऑटोमोबाइल रडार (77GHz) |
| पैनासोनिक Megtron6 | 3.6 | 0.0025 | 15 / 15 / 45 | उच्च गति डिजिटल/आरएफ हाइब्रिड डिजाइन |
चुनौतीः पीटीएफई और कम डीके सामग्री यांत्रिक रूप से नरम होती हैं, लेमिनेशन के दौरान warpage के लिए प्रवण होती हैं। यह परत संरेखण को ±0.1 मिमी तक स्थानांतरित कर सकती है, प्रतिबाधा को बाधित कर सकती है और सिग्नल प्रतिबिंब का कारण बन सकती है।
समाधान:
a. लमिनेटिंग के दौरान कठोर वाहक का उपयोग करें ताकि warpage को कम से कम किया जा सके।
सब्सट्रेट के लिए तंग मोटाई सहिष्णुता (± 0.05 मिमी) निर्दिष्ट करें।
c. नमी को दूर करने के लिए 4 घंटे के लिए 120°C पर प्री-बेक सब्सट्रेट, जो Dk स्थिरता को खराब कर सकता है।
सतह उपचार: तांबे की आसंजन सुनिश्चित करना
आरएफ सब्सट्रेट जैसे पीटीएफई और सिरेमिक से भरे लैमिनेट में गैर-ध्रुवीय सतहें होती हैं जो तांबे के बंधन का विरोध करती हैं, एक महत्वपूर्ण मुद्दा, क्योंकि विघटन से 30% संकेत हानि हो सकती है।
| सतह उपचार | विधि | चिपकने की ताकत (पाउंड/इंच) | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|
| प्लाज्मा उत्कीर्ण | रासायनिक | ८१० | पीटीएफई सब्सट्रेट, उच्च आवृत्ति डिजाइन |
| मैकेनिकल ब्रशिंग | शारीरिक | 6 ¢ 8 | सिरेमिक भरा हुआ लेमिनेट (RO4350B) |
| ब्राउनिंग | रासायनिक | 6 ¢7 | हाइब्रिड FR4/RF डिजाइन |
चुनौती: अपर्याप्त सतह उपचार से तांबे की छील होती है, विशेष रूप से थर्मल साइकिलिंग (-40°C से 125°C) के तहत।
समाधान:
a.पीटीएफई सतहों को सक्रिय करने के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा उत्कीर्णन (100W, 5 मिनट) का उपयोग करें, बेहतर तांबे के आसंजन के लिए असमानता (Ra = 1 ¢ 3μm) बढ़ाएं।
पूर्ण उत्पादन से पहले चिपकने की पुष्टि करने के लिए परीक्षण कूपन पर छीलने के परीक्षण करें।
ड्रिलिंग और छेद की गुणवत्ताः माइक्रोविया में सटीकता
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी को परजीवी प्रेरकता को कम करने के लिए छोटे, स्वच्छ माध्यमों की आवश्यकता होती है। हार्ड सिरेमिक से भरे सब्सट्रेट के साथ यांत्रिक ड्रिलिंग संघर्ष,जबकि लेजर ड्रिलिंग माइक्रोविया (45 ‰ 100μm व्यास) में उत्कृष्ट है.
प्रमुख ड्रिलिंग पैरामीटरः
a. माइक्रोविया के लिए लेजर ड्रिलिंगः ±5μm स्थिति सटीकता, 0.3 मिमी पिच BGA के लिए आदर्श।
b.घोड़ों के लिए यांत्रिक ड्रिलिंगः 0.1 मिमी न्यूनतम व्यास, स्टब्स को हटाने के लिए बैकड्रिलिंग के साथ (> 10GHz संकेतों के लिए महत्वपूर्ण) ।
चुनौतीः खड़ी दीवारों या सिरेमिक सब्सट्रेट में राल के मलबे से 28GHz पर सम्मिलन हानि 0.5dB बढ़ सकती है।
समाधान:
खनिज सामग्री के लिए हीरे के सिर वाले ड्रिल का प्रयोग करें, जिसमें मलबे को कम करने के लिए धीमी फीड दर (50 मिमी/मिनट) हो।
b. प्लाज्मा राल अवशेष को हटाने के लिए ड्रिलिंग के बाद छेद साफ करता है, ताकि एक समान तांबे के आवरण को सुनिश्चित किया जा सके।
सटीक नियंत्रण: प्रतिबाधा, संरेखण और फ़िल्टर सटीकता
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी को माइक्रोन स्तर की सटीकता की आवश्यकता होती है, यहां तक कि निशान चौड़ाई या परत संरेखण में मामूली विचलन प्रतिबाधा और संकेत प्रवाह को बाधित कर सकते हैं।
प्रतिबाधा स्थिरताः संकेत प्रतिबिंब से बचना
प्रतिबाधा (आमतौर पर एकल अंत के लिए 50Ω, अंतर जोड़े के लिए 100Ω) बोर्ड भर में सुसंगत होनी चाहिए। विचलन संकेत प्रतिबिंब का कारण बनता है, जिसे वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) द्वारा मापा जाता है।एक वीएसडब्ल्यूआर >1.5 समस्याग्रस्त प्रतिबिंबों को दर्शाता है।
प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारक:
a.Trace width: RO4350B पर 0.1 मिमी की चौड़ाई में बदलाव प्रतिबाधा को ±5Ω तक स्थानांतरित करता है।
b.डायलेक्ट्रिक मोटाईः मोटी सब्सट्रेट (0.2 मिमी बनाम 0.1 मिमी) प्रतिबाधा 30% बढ़ जाती है।
क. तांबे की मोटाई: 2 औंस तांबे से 1 औंस की तुलना में प्रतिबाधा 5 से 10% कम होती है।
चुनौतीः उत्कीर्णन सहिष्णुता >±12.7μm प्रतिबाधा को विशिष्टता से बाहर धकेल सकती है, विशेष रूप से ठीक रेखा डिजाइनों में (25μm निशान) ।
समाधान:
a.एटिंग के लिए लेजर डायरेक्ट इमेजिंग (LDI) का उपयोग करें, ±5μm ट्रेस चौड़ाई सहिष्णुता प्राप्त करें।
b.परीक्षण कूपन पर टीडीआर (टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री) के साथ प्रतिबाधा को मान्य करें, डिजाइन मूल्य के ± 5% को लक्षित करें।
परत संरेखणः बहुपरत डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण
मल्टीलेयर आरएफ पीसीबी (6 ′′ 12 परतें) को क्रॉसस्टॉक और शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है। एक 0.1 मिमी गलत संरेखण 28GHz पर सम्मिलन हानि को 1dB बढ़ा सकता है।
संरेखण तकनीकें:
a. प्रत्येक परत पर ऑप्टिकल फिड्यूशियल, लैमिनेशन के दौरान विजन सिस्टम द्वारा ट्रैक किए जाते हैं।
b. संचयी संरेखण त्रुटियों को कम करने के लिए अनुक्रमिक टुकड़े टुकड़े (निर्माण उप-स्टैक) ।
चुनौती: परतों (जैसे पीटीएफई और तांबे) के बीच थर्मल विस्तार का अंतर, कठोरता के दौरान असंगतता का कारण बनता है।
समाधान:
a. सब्सट्रेट और प्रीप्रिग के CTE को मैच करें (उदाहरण के लिए, RO4350B के साथ Rogers 4450F प्रीप्रिग).
एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए कम सीटीई कोर (उदाहरण के लिए, अर्लोन एडी 350 ए, सीटीई एक्स/वाई = 5 9 पीपीएम/°C) का उपयोग करें।
फ़िल्टर संरचना सटीकताः आवृत्ति के लिए ट्यूनिंग
आरएफ फ़िल्टर (बैंड-पास, लो-पास) को लक्ष्य आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए सटीक आयामों की आवश्यकता होती है। अनुनाद की लंबाई में 5μm की त्रुटि 28GHz फ़िल्टर को 1GHz तक स्थानांतरित कर सकती है।
विनिर्माण युक्तियाँः
a. उत्पादन से पहले फिल्टर लेआउट को अनुकूलित करने के लिए 3D ईएम सिमुलेशन (जैसे, ANSYS HFSS) का उपयोग करें।
b.लेजर ट्रिम फ़िल्टर उत्पादन के बाद प्रदर्शन को ठीक करने के लिए, ± 0.5GHz सटीकता प्राप्त करते हैं।
थर्मल मैनेजमेंटः आरएफ पीसीबी में उच्च शक्ति का प्रबंधन
आरएफ पावर एम्पलीफायर और ट्रांससीवर 5जी बेस स्टेशनों में 10W/cm2 तक की महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं। उचित थर्मल प्रबंधन के बिना, यह सब्सट्रेट डीके को खराब कर सकता है और सोल्डर जोड़ों की विफलता का कारण बन सकता है।
गर्मी फैलाव की तकनीकें
| विधि | थर्मल प्रतिरोध (°C/W) | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|
| थर्मल वायस (0.3 मिमी) | 20 | वितरित ताप स्रोत (आईसी) |
| मोटी तांबा (2 औंस) | 15 | पावर एम्पलीफायर, उच्च धारा पथ |
| हीट सिंक | 5 | केंद्रित ताप स्रोत (पीए मॉड्यूल) |
| तरल शीतलन | 2 | एयरोस्पेस रडार (100W+ सिस्टम) |
चुनौतीः पीटीएफई सब्सट्रेट में थर्मल वायस बार-बार हीटिंग/कूलिंग के तहत विघटित हो सकते हैं।
समाधान:
a. 40% तक थर्मल चालकता में सुधार करने के लिए इपॉक्सी या तांबे के साथ विआस भरें।
b.एक ′′थर्मल ग्रिड बनाने के लिए गर्म घटकों के नीचे 2 मिमी दूर अंतरिक्ष के माध्यम।
सीटीई मिलान: यांत्रिक तनाव को रोकना
थर्मल साइकिल के दौरान सामग्री (सतत, तांबा, मिलाप) के बीच अंतर विस्तार तनाव का कारण बनता है। उदाहरण के लिए, पीटीएफई (सीटीई Z = 200ppm/°C) और तांबा (17ppm/°C) बहुत अलग दरों पर विस्तार करते हैं,दरार से जोखिम उठाना.
समाधान:
a.कॉम्पोज़िट सब्सट्रेट (जैसे, रोजर्स RT/ड्यूरोइड 6035HTC) का उपयोग करें जिसमें CTE तांबे से मेल खाता है।
बी.पीटीएफई में ग्लास फाइबर जोड़कर Z-अक्ष सीटीई को 50% तक कम किया जाता है।
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी के लिए विशेष विनिर्माण प्रक्रिया
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी को अपनी अनूठी सामग्री और परिशुद्धता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विशेष तकनीकों की आवश्यकता होती है।
अतिप्रवाह रोधी गोंद: बहुस्तरीय बोर्डों में राल को नियंत्रित करना
चरणबद्ध बहुपरत डिजाइन (आरएफ मॉड्यूल में आम) लेमिनेशन के दौरान राल के ओवरफ्लो का जोखिम उठाते हैं, जो आसन्न निशानों को छोटा कर सकते हैं।
प्रक्रिया:
सील किनारों पर पीटीएफई टेप (0.06~0.08 मिमी मोटी) लगाएं, जिससे राल के बहने से रोका जा सके।
b. बिना ओवरफ्लो के उचित बंधन सुनिश्चित करने के लिए 350 पीएसआई से कम 220 डिग्री सेल्सियस पर सख्त।
मिश्रित लेमिनेशनः लागत और प्रदर्शन के लिए सामग्रियों का संयोजन
हाइब्रिड पीसीबी (उदाहरण के लिए, पावर लेयर के लिए एफआर 4, आरओ 4350 बी आरएफ पथों के लिए) लागत और प्रदर्शन को संतुलित करते हैं लेकिन सावधानीपूर्वक प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।
चुनौतियां और समाधान:
a.CTE Mismatch: लेयर शिफ्ट को कम करने के लिए नो-फ्लो प्रीप्रेग का प्रयोग करें।
b.Bonding Issues: आरएफ सब्सट्रेट के लिए आसंजन में सुधार के लिए प्लाज्मा-उपचार FR4 सतहों.
परीक्षण और गुणवत्ता नियंत्रण
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी को सिग्नल की अखंडता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए कठोर परीक्षण की आवश्यकता होती है।
आरएफ पीसीबी के लिए प्रमुख परीक्षण
| परीक्षण विधि | उद्देश्य | स्वीकृति मानदंड |
|---|---|---|
| टीडीआर (टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री) | प्रतिबाधा विराम को मापता है | लक्ष्य से < 5% विचलन (50Ω) |
| वीएनए (वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक) | सम्मिलन हानि और वापसी हानि की जाँच करता है | 28GHz पर <1dB सम्मिलन हानि |
| एओआई (स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण) | दोषों का पता लगाता है | शून्य महत्वपूर्ण दोष (IPC-A-610 वर्ग 3) |
| थर्मल साइकिल | तापमान में उतार-चढ़ाव के तहत विश्वसनीयता सत्यापित करता है | 1000 चक्रों (-40°C से 125°C) के बाद कोई विघटन नहीं |
परीक्षण कूपनः उत्पादन की गुणवत्ता सुनिश्चित करना
प्रत्येक पैनल पर परीक्षण कूपन शामिल करेंः
प्रतिबाधा और सम्मिलन हानि की जाँच करें।
बी. तांबे के आसंजन और गुणवत्ता की जांच करें।
c.ऊर्जा के तहत थर्मल प्रदर्शन को सत्यापित करें।
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी विनिर्माण के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न 1: आरएफ अनुप्रयोगों के लिए पीटीएफई एफआर 4 से बेहतर क्यों है?
उत्तरः पीटीएफई में कम डीके (2.1 बनाम एफआर4एस 4.5) और डीएफ (0.001 बनाम 0.025) है, जो 28GHz पर 60% तक सिग्नल हानि को कम करता है, जो उच्च आवृत्ति संचार के लिए महत्वपूर्ण है।
प्रश्न 2: लेजर ड्रिल किए गए वायस आरएफ प्रदर्शन में कैसे सुधार करते हैं?
एः लेजर ड्रिल किए गए माइक्रोविया (45μm) में यांत्रिक ड्रिल की तुलना में सख्त सहिष्णुता होती है, जो परजीवी प्रेरण को 50% तक कम करती है और सिग्नल प्रतिबिंब को कम करती है।
Q3: आरएफ पीसीबी में प्रतिबाधा असंगति का कारण क्या है?
A: असंगतता असमान उत्कीर्णन (ट्रेस चौड़ाई परिवर्तन), असंगत डाइलेक्ट्रिक मोटाई, या स्टब्स के माध्यम से उत्पन्न होती है। TDR परीक्षण इन मुद्दों को जल्दी पकड़ता है।
प्रश्न 4: मैं आरएफ पीसीबी में क्रॉसस्टॉक को कैसे कम कर सकता हूँ?
उत्तर: निशान चौड़ाई के 3 गुना तक निशान अंतर को बढ़ाएं, संकेत परतों के बीच जमीनी विमानों का उपयोग करें, और संवेदनशील आरएफ पथों के चारों ओर सुरक्षा निशान जोड़ें।
Q5: 100GHz पीसीबी के लिए न्यूनतम निशान चौड़ाई क्या है?
उत्तरः उन्नत लेजर उत्कीर्णन 15μm निशान प्राप्त करता है, लेकिन 25μm उत्पादन के लिए अधिक व्यावहारिक है, सटीकता और विनिर्माण क्षमता को संतुलित करता है।
निष्कर्ष
आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी के निर्माण के लिए सामग्री चयन, सटीक विनिर्माण और थर्मल प्रबंधन के लिए एक समग्र दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है।प्रतिबाधा नियंत्रण, और थर्मल तनाव, इंजीनियर बोर्ड बना सकते हैं जो 100GHz तक की आवृत्तियों पर सिग्नल अखंडता बनाए रखते हैं।
प्रमुख सर्वोत्तम प्रथाओं में निम्नलिखित शामिल हैंः
1उच्च आवृत्ति डिजाइनों के लिए कम हानि वाले सब्सट्रेट (रोजर्स, पीटीएफई) का चयन करना।
2माइक्रो-स्तरीय सटीकता के लिए लेजर ड्रिलिंग और एलडीआई का उपयोग करना।
3.वाया और मोटी तांबे के साथ मजबूत थर्मल प्रबंधन को लागू करना।
4प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए टीडीआर और वीएनए के साथ परीक्षण।
जैसे-जैसे 5जी, ऑटोमोटिव रडार और एयरोस्पेस सिस्टम उच्च आवृत्तियों की ओर बढ़ते हैं, इन चुनौतियों पर काबू पाना विश्वसनीय, उच्च-प्रदर्शन आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी प्रदान करने के लिए महत्वपूर्ण होगा।
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