中兴--射频板PCB工艺设计规范

内部公开▲本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。印制电路板设计规范——工艺性要求（仅适用射频板）Q/ZX04.100.12-2004本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。I内部公开▲目次前言………………………………………………………………………………………………II1范围.....................................................................12规范性引用文件...........................................................13术语和定义...............................................................14印制板基板...............................................................35PCB设计基本工艺要求.....................................................56拼板设计.................................................................67射频元器件的选用原则.....................................................78射频板布局设计...........................................................79射频板布线设计...........................................................910射频PCB设计的EMC......................................................1411射频板ESD工艺..........................................................1812表面贴装元件的焊盘设计..................................................1913射频板阻焊层设计........................................................19附录A......................................................................21附录B......................................................................23附录C......................................................................24附录D......................................................................27附录E......................................................................31附录F......................................................................32附录G......................................................................33附录H......................................................................39前言Q/ZX04.100.12-2004本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。1内部公开▲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-782SurfaceMountDesignandLandPatternStandardIPC2252-2002DesignGuideforRF-MicrowaveCircuitBoards3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印制电路板设计规范——工艺性要求（仅适用射频板）Q/ZX04.100.12-2004本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。2内部公开▲抗。通常用Z0表示。表达式为：11110CjGLjRZωω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23.6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：Q/ZX04.100.12-2004本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。3内部公开▲图34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。入射波反射波屏蔽层次级反射波次级入射波穿透能量Q/ZX04.100.12-2004本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息，不得向外传播。4内部公开▲表1常用高频板基材及其性能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；材料种类NELCON4000-13普通FR4ROGERSRO4350GETEKML-200DTACONICTLC32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=0.009ε=4.3(1GHz)ε=3.48(10GHz)tanξ=0.004ε=3.7(1GHz)tanξ=0.0092ε=3.2(10GHz)tanξ=0.003玻璃化温度（Tg）Tg=210ºC(DSC)135ºC(普通)175ºC(高TG)(DSC)Tg280ºC(TMA)Tg=180