技术领域
[0001] 本申请涉及网络通信技术领域,尤其涉及一种网络设备。
相关背景技术
[0002] 网络设备是用来将各类服务器、计算机、应用终端等节点相互连接,构成信息通信网络的专用硬件设备。网络设备可以包括信息网络设备、通信网络设备、网络安全设备等。其中,常见网络设备有:路由器、网关、交换机、中继器和网桥等。
[0003] 相关技术中,网络设备可以包括金属壳体、电路板和外置天线,电路板位于金属壳体内,外置天线位于金属壳体外,电路板与外置天线之间通过线缆电连接。
[0004] 然而,当将上述网络设备应用于有雷击的室外环境中时,外置天线可能引入雷击,从而容易损坏网络设备。
具体实施方式
[0051] 相关技术中,路由器(或网关、交换机)工作环境恶劣,一般采用金属外壳,避免外界干扰,同时避免路由器(或网关、交换机)中的噪声辐射出来。另外,路由器(或网关、交换机)经常用放置在密封的金属壳内(例如自动售货机等金属壳内),所以在产品内部的PCB(Printed circuit board,印刷电路板,简称电路板)板采用了SMA‑KWE座子,方便引出延长天线电缆到密封的金属壳外部的外置天线。在一些特殊应用场景,例如电力设备站(变电站)、室外自动售货机等,路由器(或网关、交换机)需要放在有雷击的恶劣环境下应用,外置天线极有可能引入雷击,如果在路由器(或网关、交换机)不做相关防护处理,浪涌电流瞬间就可以将路由器(或网关、交换机)直接损坏,例如,由于浪涌电流较大,容易烧断部分射频走线,导致设备无法正常工作。因此,在电路板中SMA‑KWE座子附近做合理的防护处理变得非常重要。
[0052] 为了在网络设备运行的过程中,降低敏感器件产生死机、丢包等问题的机率,本申请发明人经过深入研究,设计了一种网络设备。本申请实施例提供一种网络设备,网络设备可以包括电路板、壳体、天线、装配件和连接器,电路板位于壳体中,天线位于壳体外,电路板和壳体通过装配件相连,壳体与装配件电连接,天线和连接器电连接,壳体接地。电路板上设置有敏感器件,连接器包括射频管脚,射频管脚和敏感器件之间通过射频走线电连接,射频走线靠近射频管脚的一端的宽度大于射频走线靠近敏感器件的一端的宽度,由于射频走线靠近射频管脚的一端的宽度较大,使得该端可以承受浪涌电流,不易烧断,从而可以降低网络设备损坏的概率。另外,射频走线的阻抗范围可以为0.9*目标阻抗至1.1*目标阻抗,从而使得射频走线在传输射频信号时,不易造成射频信号反射,不易带来回波损耗变差,不易带来电压驻波比变差。
[0053] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0054] 网络设备可适用于各种医疗器械、工业设备、矿山设备、车载设备(如:行车记录仪)等中。本申请实施例以网络设备适用在采用wifi6+移动5G方案的路由器(或网关、交换机)(即采用第6代无线技术,且支持第5代移动通信技术的频段的路由器(或网关、交换机))中为例进行说明。
[0055] 延长电缆的外置天线设置在有雷击的场所,需要雷击放电相关测试要求及规定,以避免网络设备在使用时造成设备损坏。冲击波形表示(expression of impulse waveform):冲击用两数值组合T1/T2表示,T1表示波头时间(从10%峰值上升到90%峰值的时间),T2表示半峰值时间(从波头始点到波尾降至50%峰值的时间),时间单位均为μs,记做T1/T2,符号“/”无数学意义。其中1.2/50μs冲击电压,其波头时间为1.2μs,半峰值时间为50μs;8/20μs冲击电流,其波头时间为8μs,半峰值时间为20μs;10/350μs最大冲击电流,其波头时间为10μs,半峰值时间为350μs。冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信备电缆上产生的感应雷过电流的波形,因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形,根据国家、地区、研究机构的不同,目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。
[0056] 根据国际标准IEEE Std C62.11‑1999《IEEE Standard for Metal‑Oxide Surge Arresters for AC Power Circuit(>1kV)》第8章“Design test”规定的冲击电流波形为8/20μs。图1给出了雷击8/20μs电流脉冲波形。
[0057] 进一步的,为了便于测试网络设备是否能够满足国际标准IEEE Std C62.11‑1999《IEEE Standard for Metal‑Oxide Surge Arresters for AC Power Circuit(>1kV)》的相关要求,本申请一些实施例提供一种雷击放电设备,满足上述设计要求。
[0058] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图1‑图35对本申请各实施例提供的网络设备的结构进行详细的阐述。
[0059] 继续参阅图3、图5、图6和图7,网络设备(例如,路由器、网关或交换机等)可以包括壳体,壳体可以为金属外壳或者非金属外壳。本申请实施例主要以金属外壳为例进行说明。网络设备可以包括电路板20、天线(例如,外置天线72)、装配件(例如,螺钉7和螺柱6)和连接器(例如,SMA‑KWE母座2、SMA‑KWE母座19),电路板可以位于壳体中,天线可以位于壳体外,电路板和壳体可以通过装配件相连,天线和连接器可以电连接,装配件可以接大地G1。
电路板上设置有敏感器件(例如,射频模组23)和射频走线(例如,射频走线111和射频走线
11),连接器包括射频管脚112,射频管脚112电连接至敏感器件。电路板20上可以设置有防护器件10,防护器件10的第一管脚(即管脚5)电连接于射频管脚112和敏感器件之间,防护器件10的第二管脚(即管脚4)与装配件电连接。射频走线可以包括第一射频走线(即射频走线111)和第二射频走线(即射频走线11)。电路板20可以包括沿厚度方向相对且间隔设置的第一表面(即TOP层的表面)和第二表面(即BOTTOM层的表面)。第一射频走线、第二射频走线、敏感器件和防护器件10均可以位于第一表面,第一射频走线电连接于防护器件10的第一管脚与射频管脚112,第二射频走线电连接于防护器件10的第一管脚与敏感器件。
[0060] 示例性的,路由器(或网关、交换机)采用了金属外壳,金属外壳包括金属底壳26、金属顶壳288、金属前壳313、金属后壳、金属右侧壳21等,通过螺钉7(指至少1个以上螺钉)、螺柱6(指至少1个以上螺钉柱)将电路板20固定在金属底壳26上,在电路板20的TOP层上设置射频模组23(例如LTE模组、Wifi模组等)、射频走线24、滤波器组件或FEM组件14、射频走线13、天线匹配组件12、射频走线111、射频走线11、防护器件10、SMA‑KWE母座2、螺钉孔32、露铜31、SMA‑KWE母座19、TOP层地铜箔333等。金属底壳26与金属右侧壳21是一体成形,也就是金属底壳26与金属右侧壳21之间是一个整体,且金属底壳26与金属右侧壳21成90度折弯成形。在金属底壳26内壁面设置了螺柱6,螺柱6与金属底壳26紧密连接,且它们之间保持非常低的阻抗连接。螺柱6与电路板20中的螺钉孔32在水平方面坐标一一对应,这样方便将螺钉7插入螺钉孔32与螺柱6固定连接。
[0061] SMA‑KWE母座2、SMA‑KWE母座19设置在电路板20的TOP层,由于路由器(或网关、交换机)需要安装外置天线72,因此需要在金属右侧壳21开设开口231、开口22,SMA‑KWE母座2的螺口28凸出金属右侧壳21的开口231、SMA‑KWE母座19的螺口251凸出金属右侧壳21的开口22。SMA‑KWE母座2的螺口28、SMA‑KWE母座19的螺口251用于安装外置天线72,例如图7中SMA‑KWE母座2的螺口28与外置天线72的SMA‑KWE公座164固定连接。
[0062] 以SMA‑KWE母座2为例进行说明。结合图3、图4、图6、图7,SMA‑KWE母座2的射频管脚112与内部金属芯132电连接,SMA‑KWE母座2的射频管脚112与天线匹配组件12的一端通过射频走线111和射频走线11连接,在射频走线111和射频走线11的主通道上并联了一个防护器件10(例如ESD防护器、TVS管等),防护器件10的管脚5并联在射频走线111和射频走线11的主通道上,而防护器件10的管脚4与电路板20的TOP层地铜箔333连接。在天线匹配组件12另一端通过射频走线13与滤波器组件或FEM组件14的管脚27连接,滤波器组件或FEM组件14的另一端通过射频走线24连接了巴伦电路及射频模组匹配组件500的一端,巴伦电路及射频模组匹配组件500的另一端通过射频走线501连接射频模组23的管脚502。
[0063] 以下对本申请实施例的敏感区域K2进行说明。
[0064] 射频管脚112与装配件的传输距离小于射频管脚112与敏感器件的传输距离。其中,射频管脚112与敏感器件的传输距离可以为射频管脚112与最靠近射频管脚112的敏感器件之间的传输距离,例如,最靠近射频管脚112的敏感器件可以为图3中的滤波器组件或FEM组件14,射频管脚112与敏感器件的传输距离为射频链路长度L5。或者,最靠近射频管脚112的敏感器件可以为图4中的射频模组23,射频管脚112与敏感器件的传输距离为射频链路长度L6。射频管脚112与装配件的传输距离为雷击泄放链路的长度(即雷击泄放区域K1链路的长度)。
[0065] 从SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13与滤波器组件或FEM组件14、射频走线24、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线501、射频模组23为敏感区域K2,其中滤波器组件或FEM组件14(包含滤波器或FEM芯片)、射频模组23(包含射频芯片)均可以为敏感器件,也就是常见射频电路中的滤波器、FEM芯片、射频芯片都是敏感器件。滤波器组件或FEM组件14到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路长度为L5,滤波器组件或FEM组件14的管脚27到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路包括SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13与滤波器组件或FEM组件14的管脚27之间的长度之和(也就是L5)。
[0066] 如图3和图7所示,射频模组23的管脚502到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路长度为L55,射频模组23的管脚502到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路包括SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13与滤波器组件或FEM组件14、射频走线24、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线501、射频模组23的管脚502之间的长度之和(也就是L55),其中,L55>L5。
[0067] 结合图3、图5、图6,在防护器件10的管脚4附近设置螺钉孔32(防护器件10的管脚4离螺钉孔32边缘间距为0.3mm‑45mm),在电路板20的螺钉孔32投影在金属底壳26位置设置螺柱6,设置在金属底壳26上的螺柱6中心位置与电路板20的螺钉孔32的中心位置保持一致,也就是螺钉孔32在垂直于电路板20的方向上与螺柱6垂直于金属底壳26方向上的位置是基本是一致的。螺柱6紧密嵌入在金属底壳26上,既可以实现金属底壳26牢牢固定螺柱6,同时也实现了金属底壳26与螺柱6的低阻抗连接。继续参阅图6,螺钉孔32可以为电镀孔(也就是螺钉孔32的孔壁为金属孔壁,因此螺钉孔32的孔壁可以导电),在螺钉孔32的TOP层设置露铜31,在螺钉孔32的BOTTOM层设置露铜30,露铜31与露铜30通过螺钉孔32实现了低阻抗连接,也就是一个露铜31与露铜30通过螺钉孔32形成一个整体。
[0068] 与图3比较,图4中省去了图3方案中的滤波器组件或FEM组件14、射频走线24、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线501,也就是图4中SMA‑KWE母座2的射频管脚112引出射频走线111、射频走线11经过防护器件10的管脚5连接至天线匹配组件12一端,天线匹配组件12的另一端通过射频走线13直接与射频模组23的管脚502连接,图4中其它部分与图3都是一样的,不再重复描述。射频模组23可以内置巴伦电路、滤波器组件、FEM组件等相关功能电路。射频模组23的管脚502到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路长度为L6,射频模组23的管脚502到SMA‑KWE母座2的射频管脚112的射频链路包括SMA‑KWE母座2的射频管脚112(图7)、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13、射频模组23的管脚502之间的长度之和(也就是L6)。
[0069] 如图3、图5、图6、图7所示,将螺柱277嵌入在金属右侧壳21上,螺柱277的螺纹口内径为d5,螺柱277的外径为D5。螺柱277位于金属右侧壳21的开口22(例如,形状可以为圆形)和开口231之间,SMA‑KWE母座2的螺口28分布在金属右侧壳21的开口231的中心,SMA‑KWE母座2的螺口28并不与金属右侧壳21连接,且它们之间保护一定的安全间距L9(电气间隙);SMA‑KWE母座19的螺口251分布在金属右侧壳21的开口22的中心,SMA‑KWE母座2的螺口251并不与金属右侧壳21连接,且它们之间保护一定的安全间距L9(电气间隙),经过多次实验验证,当L9≧0.8mm(优选L9≧1.0mm),在金属外壳(包括金属顶壳288、金属底壳26、金属前壳313、金属右侧壳21、金属左侧壳98等)与电路板20之间加载1kV交流隔离测试或1.5kV直流隔离测试,在海拔2000米以下不会发生电击穿。原因是由于金属后壳设置有金属壳的网口连接器(图5未画出),而金属壳的网口连接器与外界的网线连接,路由器(或网关、交换机)等通信设备可以内置TNV(Telecommunication Network Voltage)电路,也就是路由器(或网关、交换机)等通信设备外接网线,而网线可能引入浪涌电流,中国的3C中GB4943标准有明确对TNV电路提出安规有认证的要求,北美UL62368‑1也有明确对TNV电路提出安规有认证的要求。以北美UL62368‑1要求为例进行说明,需在金属壳的网口连接器与电路板20内低压部分做1kV交流隔离测试,或金属壳的网口连接器与电路板20内低压部分做1.5kV直流隔离测试,用以满足北美UL62368‑1、中国的3C中GB4943的相关要求。
[0070] 继续参阅图5和图6,路由器(或网关、交换机)的外壳设置一个类似于耳朵形状的金属耳挂子241(一般采用铜材料),金属耳挂子241的外径为D6,金属耳挂子241中心开孔的内径为d6。金属耳挂子241与接地电缆266的铜芯采用压接方式或焊接方式来实现低阻抗连接。螺柱277露出金属右侧壳21的那个面不能涂绝缘漆,要做电镀处理,以降低螺柱277露出金属右侧壳21的那个面的阻抗,这样金属耳挂子241才能与螺柱277露出金属右侧壳21的那个面实现低阻抗电连接。螺钉25的螺头直径为D7,螺钉25的螺杆直径为d7。螺钉25的螺头直径D7、金属耳挂子241的外直径D6、螺柱277的外直径D5基本一致:螺钉25的螺头直径D7比金属耳挂子241的外直径D6、螺柱277的外直径D5略大一些,或螺钉25的螺头直径D7与金属耳挂子241的外直径D6、螺柱277的外直径D5相同。金属耳挂子241中心开孔的内径d6与螺柱277的螺纹口内径d5基本一致:螺钉25的螺杆直径d7要略小于金属耳挂子241中心开孔的内径d6与螺柱277的螺纹口内径d5。螺钉25的螺杆设置的螺纹与螺柱277的螺纹口中螺纹一一对应,实现它们紧固连接。
[0071] 示例性的,金属底壳26与金属右侧壳21是一个整体金属材料,只不过金属底壳26与金属右侧壳21之间成90度成形分布。接地电缆266一端与大地G1低阻抗连接,接地电缆266另一端与金属耳挂子241低阻抗连接。当金属耳挂子241通过螺钉25与金属右侧壳21上的带螺纹口的螺柱277紧密连接,同时螺钉7从电路板20的螺钉孔32插入螺柱6时,通过螺钉
7将电路板20的螺钉孔32拧紧在螺柱6上,这样实现了SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111通过防护器件10、电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266与大地G1电连接。正常工作时,SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111并没有注入雷击浪涌,防护器件10并不导通,不影响SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111中射频信号的正常工作。当外置天线72接收到感应雷击399时,在SMA‑KWE母座2产生巨大的浪涌电流,大部分浪涌电流沿螺口28注入电路板20的TOP层地铜箔333,同时向SMA‑KWE母座2的射频管脚
112、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13、滤波器组件或FEM组件14、射频走线24、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线501、射频模组23形成的敏感区域K2注入,此时防护器件10导通,浪涌电流可以沿电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔
32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1,从而不影响射频链路的正常工作。
[0072] 另外一部分浪涌电流沿射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)直接往射频管脚112、射频走线111、射频走线11注入,设置在射频走线111、射频走线11主通道的防护器件10瞬间被击穿,从防护器件10的管脚5至管脚4产生的浪涌电流i53(如图3、图6所示),浪涌电流i53注入至电路板20的TOP层地铜箔333瞬间分成两部分:①极小部分浪涌电流i51(i51约占i53的1%‑10%)沿电路板20的TOP层地铜箔333的A方向泄放,而注入至SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111、射频走线11、天线匹配组件12、射频走线13、滤波器组件或FEM组件14、射频走线24、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线501、射频模组23形成的敏感区域K2的浪涌电流几乎可以忽略不计,不影响射频链路的正常工作,随着时间推移,注入TOP层地铜箔333浪涌电流最终会沿电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1,将注入敏感区域K2的浪涌电流旁路至大地G1。②绝大部分浪涌电流i52(i52约占i53的90%‑99%)直接沿电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔
32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,绝大部分浪涌电流注入大地G1,不影响射频链路的正常工作。而注入至螺柱6的浪涌电流i52瞬间又分成两部分:A、绝大部分浪涌电流i31(i31约占i52的90%‑
99%)从金属底壳26沿金属右侧壳21往螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1;B、极小部分浪涌电流i61(i61约占i52的1%‑10%)往金属底壳26的B方向泄放,将浪涌电流i61在金属底壳26、金属前壳313、金属右侧壳21、金属顶壳288、金属后壳等均匀分布,随着时间推移,聚集在金属底壳26、金属前壳313、金属右侧壳21、金属顶壳288、金属后壳的浪涌电流i61最终都会从金属右侧壳21往螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆
266注入大地G1。
[0073] 综上的结论为:当外置天线72接收到感应雷击399时,在SMA‑KWE母座2产生的浪涌电流,不管是哪个泄放通道,产生的浪涌电流最终都会通过电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1,不影响敏感区域K2射频链路的正常工作。
[0074] 结合图5和图6,射频走线111、射频走线11与SMA‑KWE母座2的射频焊盘113电连接,而射频焊盘113与SMA‑KWE母座2的射频管脚112通过焊锡(图7中未示出)电连接。SMA‑KWE母座2呈90度形状,SMA‑KWE母座2的射频管脚112垂直于水平安装的电路板20,SMA‑KWE母座2的螺口28(接口)水平与路由器(或网关、交换机)的金属右侧壳21相交,且突出路由器(或网关、交换机)的金属右侧壳21安装,以方便外接外置天线72。
[0075] 示例性的,SMA‑KWE母座2的射频管脚112与内部金属芯132电连接,金属芯132在靠近SMA‑KWE母座2的螺口28位置的中心设置了圆锥形的针脚115。在螺口28的外表面设置了螺纹300。
[0076] 示例性的,外置天线72包括可旋转的SMA‑KWE公座164和塑胶骨架165,外置天线72的辐射体62设置在塑胶骨架165内部,在外置天线72的辐射体62上引出天线电缆52,天线电缆52包括天线馈线143、天线地线123,天线馈线143、天线地线123分别与SMA‑KWE公座164内部的喇叭状管脚110、内部掏空的圆环形金属体178电连接,且圆环形金属体178内表面设置有与螺口28的外表面螺纹300相匹配的螺纹179。螺口28外径D1比圆环形金属体178内径D2略小一点。当外置天线72的SMA‑KWE公座164的圆环形金属体178通过旋转方式套设于SMA‑KWE母座2的螺口28时,SMA‑KWE公座164的圆环形金属体178的螺纹179与SMA‑KWE母座2螺口28的螺纹300吻合,实现SMA‑KWE公座164的圆环形金属体178与SMA‑KWE母座2的螺口28电连接,圆锥形的针脚115与喇叭状管脚110电连接,为外置天线72的辐射体62与电路板20上的射频链路形成回流路径,为发射无线信号提供了条件。除了上述差异外,与图6比较,图7中射频走线24的一端连接滤波器组件或FEM组件14,射频走线24的另一端连接了巴伦电路及射频模组匹配组件500的一端,巴伦电路及射频模组匹配组件500的另一端通过射频走线
501连接射频模组23的管脚502。除上述差异之外,图6方案中的其它部分与图7都相同的,不在重复描述。
[0077] 结合图3、图5、图7,电路板20的第2层地铜箔127为射频链路提供完整地平面。射频模组23的地管脚(图7中未示出)和地焊盘(图7中未示出)通过地孔124(至少1个地孔)与TOP层地铜箔333、第2层地铜箔127电连接、滤波器组件或FEM组件14的地管脚(图7中未示出)和地焊盘(图7中未示出)通过地孔125(至少1个地孔)与TOP层地铜箔333、第2层地铜箔127电连接;天线匹配组件12的地管脚(图7中未示出)和地焊盘(图7中未示出)通过地孔128(至少1个地孔)与TOP层地铜箔333、第2层地铜箔127电连接;SMA‑KWE母座2的地管脚214和地焊盘
215与TOP层地铜箔333、第2层地铜箔127电连接。电路板20的第2层地铜箔127为射频模组
23、射频走线501、滤波器组件或FEM组件14、巴伦电路及射频模组匹配组件500、射频走线
24、滤波器组件或FEM组件14、射频走线13、天线匹配组件12、射频走线11、射频走线111、SMA‑KWE母座2中的射频信号提供完整的地平面,也就是为射频信号提供完整的回流路径。
[0078] 图8是路由器(或网关、交换机)应用在室外的电力设备所在场所,环境非常恶劣。与图7比较,图8将SMA‑KWE公座164与塑胶骨架165及外置天线72的辐射体62之间增加一段较长天线电缆52(包括天线馈线143、天线地线123),SMA‑KWE公座164与SMA‑KWE母座2连接,从SMA‑KWE公座164引出一段较长天线电缆52与塑胶骨架165中的辐射体62电连接,这样的设置的目的在于:路由器(或网关、交换机)需要安装在某个密封的盒式金属容器38(图2)内(避免路由器(或网关、交换机)受到淋雨、受潮、暴晒、高温等恶劣天气的影响),如果路由器(或网关、交换机)及外置天线72全部放置在密封的盒式金属容器38内,外置天线72则无法将无线信号辐射出来,因此需要将路由器(或网关、交换机)的SMA‑KWE公座164增加一段较长天线电缆52,将外置天线72的辐射体62安装在盒式金属容器38外部来实现良好的辐射条件,完成对外无线通信。但由于盒式金属容器38外部经常有雷击,所以外置天线72就是雷击接收器,必须在路由器(或网关、交换机)SMA‑KWE母座2内部添加雷击防护器件,并增加合理雷击泄放通道,防止雷击引入电路板20而损坏敏感器件(例如图8中的滤波器组件或FEM组件14、射频模组23等)。
[0079] 以下对本申请实施例提供的雷击泄放区域K1的定义及雷击泄放区域K1链路的长度进行说明。
[0080] 从电路板20的TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266到大地G1的雷击泄放链路称为雷击泄放区域K1。结合图3、图6,雷击泄放区域K1链路的长度包括:射频走线111的长度、防护器件10的管脚5到防护器件10的管脚4的长度L1、防护器件10的管脚4到露铜31之间TOP层地铜箔333长度L2,也就是雷击泄放区域K1的链路长度为射频走线111的长度+L1+L2。由于金属底壳26、金属右侧壳21面积非常大,分布电感L非常小,所以可以不计它们的长度。只计算电路板20中雷击泄放区域K1的链路长度。
[0081] 如图3、图6、图7所示方案,要求雷击泄放区域K1链路的长度小于敏感区域K2链路的长度,则有:
[0082] L55>L5>(射频走线111的长度+L1+L2)。
[0083] 如图4所示方案,要求雷击泄放区域K1链路的长度小于敏感区域K2链路的长,则有:
[0084] (射频走线111的长度+L1+L2)<L6。
[0085] 示例性的,在设置有防护器件10的实施方式中,防护器件10的第一管脚(即管脚5)与装配件(即螺柱6和螺钉7)的传输距离小于防护器件10的第一管脚与敏感器件的传输距离,从而有利于浪涌电流传导至防护器件10的第一管脚处后,浪涌电流会从防护器件10的第一管脚向装配件之间的泄放区域泄放,而避免浪涌电流向防护器件10的第一管脚与敏感器件之间的敏感区域泄放。
[0086] 示例性的,假设防护器件10的最小长度L1为0.5mm,防护器件10管脚4中TOP层地铜箔333到露铜31的最小长度L2为0.2mm(优选大于或等于0.25mm),也就是雷击泄放区域K1链路中L1+L2的最小长度为L1+L2≧0.5mm+0.2mm=0.7mm。
[0087] 雷击泄放区域K1的链路长度越短,泄放路径的分布电感L及直流电阻R越小,直流电阻R越小,泄放路径的阻抗越小。即雷击泄放区域K1链路长度与泄放路径的阻抗成正比。防护器件10管脚4中的TOP层地铜箔333的宽度最小要大于0.2mm,优选大于或等于1mm。雷击泄放区域K1链路中的防护器件10管脚4中的TOP层地铜箔333宽度越大,泄放路径的分布电感L及直流电阻R越小,泄放路径的阻抗越小。
[0088] 电路板中的铜箔就是一种传输线。参见图9,电路板某单条铜箔由单条串联分布电感L、串联直流电阻R以及并联电容C组成。参见图10,电路板某条具有一定宽度的铜箔由多条经过串联分布电感L、串联直流电阻R以及并联电容C相互并联叠加形成,由此可知,铜箔宽度越宽,铜箔分布电感L越小,直流电阻R越小。
[0089] 当外置天线72接收到感应雷击399时,在SMA‑KWE母座2的螺口28产生的浪涌电流分成两个通道:A、以微秒级速度经SMA‑KWE母座2的地管脚214和地焊盘215、TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1;B、以微秒级速度经SMA‑KWE母座2的射频管脚112、射频走线111、防护器件10、TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1。
[0090] 由楞次定律可以:电感L总是阻碍电流的突变,雷击泄放区域K1链路越短,它的阻抗越小,也就是分布电感L的产生阻碍越小,直流电阻R越小,通过TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266朝大地G1泄放速度就越快。敏感区域K2链路越长,它的阻抗越大,也就是分布电感L的产生阻碍越大。
[0091] 另外,雷击泄放速度越快,电路板20中TOP层地铜箔333分布的电感L的产生阻碍越大。可以理解为,同样线宽的铜箔,它的长度与分布电感L成正比,且它的长度与直流电阻R成正比。即雷击泄放区域K1链路上的铜箔与敏感区域K2链路上的铜箔线宽相同时,雷击泄放区域K1链路的长度越短,雷击泄放区域K1链路的分布电感L越小、直流电阻R越小,且雷击泄放区域K1链路对雷击泄放越顺畅;而敏感区域K2链路的长度越长,敏感区域K2链路的分布电感L越大、直流电阻R越大,且敏感区域K2链路对雷击泄放阻碍越大。可以理解的是,雷击泄放区域K1链路长度小于射频链路长度L5和L6的原理与之类似,不再赘述。
[0092] 基于此可知,即雷击泄放区域K1链路的长度与敏感区域K2链路的长度之间差值越大,浪涌电流对敏感区域K2链路的敏感器件和/或敏感信号影响越小,可进一步降低敏感器件(例如滤波器组件或FEM组件14、射频模组23等)产生死机、丢包等问题的机率。
[0093] 示例性的,SMA‑KWE母座2在电路板20的走线方面有如下几点要求:
[0094] A、TOP层地铜箔333不能太窄,一般在电路板20的表层铜箔15mil宽度可以承受8/20μs冲击电流约1kA;
[0095] B、防护器件10宜放置在SMA‑KWE母座2接口的地方,防护器件10与被保护线路(敏感区域K2链路)之间的连线以及防护器件10到地的连线应尽可能短;
[0096] C、从SMA‑KWE母座2接口到防护器件10的大通流连线(例如TOP层地铜箔333)应尽量在电路板20的表层走线,防止因为在内层走线而过热造成电路板20损坏。
[0097] D、防护器件10的输入和输出分开,走线互不交叉和平行,避免输入的浪涌电流耦合到输出端,降低防护器件10的性能。
[0098] E、接地电缆266要尽量粗、短,以减小它的阻抗(最主要减小它的分布电感L)。
[0099] 以下对本申请实施例提供的SMA‑KWE母座2与螺柱6、电路板20的螺钉孔32的位置关系进行说明。
[0100] 连接器(即SMA‑KWE母座)可以为至少一个,当连接器为多个时,各连接器的射频管脚112与同一装配件(即螺柱6和螺钉7)之间的传输距离均可以相同。其中,连接器的射频管脚112与装配件的距离可以等于连接器的射频管脚112与螺钉孔32的距离。
[0101] 当路由器(或网关、交换机)有多路外置天线72时,每路外置天线72都有可能感应到外界的雷击399,因此需要对多路SMA‑KWE母座与螺柱6的位置关系进行合理分配。继续参阅图4、图5,图中示出了两路SMA‑KWE母座(SMA‑KWE母座2、SMA‑KWE母座19)与螺柱6之间的位置关系。在SMA‑KWE母座2与SMA‑KWE母座19之间的位置设置一个安装在金属底壳26的螺柱6,金属底壳26的螺柱6在电路板20投影位置设置螺钉孔32,金属底壳26的螺柱6和螺钉孔32优先处于SMA‑KWE母座2与SMA‑KWE母座19之间居中位置,这样SMA‑KWE母座2的雷击泄放路径的阻抗与SMA‑KWE母座19的雷击泄放路径的阻抗基本一致。SMA‑KWE母座2与SMA‑KWE母座19到螺钉孔32之间边缘间距推荐为0.5mm‑45mm(优选1mm‑3mm)。以SMA‑KWE母座2为例进行说明,当SMA‑KWE母座2到螺钉孔32之间边缘间距推荐为0.5mm‑45mm(优选1mm‑3mm)时,在SMA‑KWE母座2附近的防护器件10(例如ESD防护器、TVS管等)的管脚5放置在射频走线111、射频走线11的主回路,而防护器件10的管脚4放置在靠近螺钉孔32位置,并在螺钉孔32与防护器件10的管脚4之间大面积覆TOP层地铜箔333,TOP层地铜箔333将防护器件10的管脚4与露铜31、露铜30低阻抗电连接,这样可以缩短来自SMA‑KWE母座2中浪涌电流i52到螺钉孔32之间的距离,保证泄放通道是最短路径,浪涌电流i52的泄放阻抗是最低的。浪涌电流i52可以快速泄放至螺钉孔32的露铜31、螺钉7、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉
25、金属耳挂子241、接地电缆266、大地G1,以大大减小雷击产生的浪涌电流对敏感器件(例如图8中的滤波器组件或FEM组件14、射频模组23等)影响。防护器件摆放方向要满足以下条件:防护器件10其中一个管脚5要设置在射频走线111、射频走线11主回路中,防护器件10的另一个管脚4要设置在靠近螺钉孔32位置,推荐做法就是,在SMA‑KWE母座2引出射频走线
111、射频走线11到螺钉孔32之间直线距离轨迹位置设置防护器件10,防护器件10的管脚5要设置在射频走线主回路中,防护器件10的管脚4要设置在靠近螺钉孔32位置,这样注入到射频走线111、射频走线11的浪涌电流泄放路径是最短的,泄放阻抗也是最小。
[0102] 以下对本申请实施例提供的外置天线72到SMA‑KWE母座2接口电路的防雷电路的设计及防护器件10的选型进行说明。
[0103] 图1给出了雷击8/20μs电流脉冲波形,也就是8/20μs冲击电流,其波头时间为8μs,半峰值时间为20μs,10/350μs最大冲击电流,其波头时间为10μs,半峰值时间为350μs。结合图1可知,雷击8/20μs电流脉冲波形,周期T和频率f的换算公式如下:
[0104] T=1/f,
[0105] 则f=1/T=1/8x10‑6s≈0.125x106Hz=0.125MHz=125kHz,也就是雷击8μs波头的频段约为125kHz;
[0106] 则f=1/T=1/20x10‑6s≈0.05x106Hz=0.05MHz=50kHz,也就是雷击20μs半峰值的频段约为50kHz。
[0107] 另外,雷击10/350μs电流脉冲波形,周期T和频率f的换算公式如下:
[0108] T=1/f,
[0109] 则f=1/T=1/10x10‑6s≈0.1x106Hz=100kHz,也就是雷击10μs波头的频段约为100kHz;
[0110] 则f=1/T=1/350x10‑6s≈0.00286x106Hz=2.86kHz,也就是雷击350μs的频段约为2.86kHz。
[0111] 由此可知,雷击8/20μs电流脉冲波形和雷击10/350μs电流脉冲波形的频段都处于低频。
[0112] 电路板20上可以设置有隔离电容666,防护器件10可以包括第一防护器件(即电感661或气体放电管664等),隔离电容666的第一电极(即脚c1)电连接于射频管脚112,隔离电容666的第二电极(即脚c2)电连接于敏感器件(即射频链路D),第一防护器件的第一管脚电连接于射频管脚112和隔离电容666的第一电极之间,第一防护器件的第二管脚与装配件和/或第三接地层(即TOP层地铜箔333)电连接。防护器件10可以包括第二防护器件(即电感
662),第二防护器件的第一管脚电连接于隔离电容666的第二电极与敏感器件之间,第二防护器件的第二管脚与装配件和/或第三接地层电连接。其中,防护器件10(第一防护器件和/或第二防护器件)包括静电防护二极管、瞬态抑制二极管、开关二极管、浪涌抑制晶闸管、可控硅、稳压二极管、压敏电阻、气体放电管和电感、磁珠中的任意一者。
[0113] 如图3、图4、图11所示,外置天线72与SMA‑KWE母座2连接,而SMA‑KWE母座2属于接口电路,SMA‑KWE母座2接口电路通过隔离电容666与敏感区域K2的射频链路D(射频链路D可以包括整个射频链路中的至少部分射频链路,射频链路D举例说明:图4中的天线匹配组件12,射频模组23;图3中的天线匹配组件12、巴伦电路及射频模组匹配组件500、滤波器组件或FEM组件14、射频模组23)连接,在SMA‑KWE母座2接口电路与隔离电容666之间并联一个电感661到TOP层地铜箔333。当外置天线72接收感应雷击399时,由于雷击的浪涌电流属于低频波形(在2.86kHz‑125kHz范围之间),注入至SMA‑KWE母座2接口电路时,对于2.86kHz‑
125kHz的浪涌电流,并联在SMA‑KWE母座2接口电路中的电感661相当于短路(电感661具有“通低频阻高频”的特性),直接将浪涌电流泄放至TOP层地铜箔333,再从TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1,从而不影响射频链路的正常工作,也不会损坏敏感区域K2的射频链路D。而隔离电容666有“阻低频通高频”作用,将来自SMA‑KWE母座
2接口电路中的2.86kHz‑125kHz浪涌电流阻挡在隔离电容666的脚c1,充分让电感661将浪涌电流通过TOP层地铜箔333泄放至大地G1,尽量不让浪涌电流穿越与隔离电容666的脚c2连接的敏感区域K2的射频链路D,这样就保护了与隔离电容666的脚c2连接的敏感区域K2的射频链路D。而射频电路的工作频率较高,例如2.4G wifi射频信号、5.8G wifi射频信号、
2.4G蓝牙射频信号、2.4G Zigbee射频信号、2.4G Z‑wave射频信号、2.4G Z‑wave射频信号,
703MHz‑2.7GHz LTE射频信号、1.575GHz GPS射频信号等,电感661对射频电路相当于开路(电感661具有“通低频阻高频”的特性),电感661不影响射频电路的信号传输,而隔离电容
666具有“阻低频通高频”,也不影响射频电路的信号传输。这样通过电感661、隔离电容666的组合完美实现了泄放雷击浪涌电流,而不影响射频信号的正常传输。
[0114] 示例性的,电感661的通流能力需要大于或等于雷击浪涌电流的最大值,避免电感661过流而损坏,推荐电感661的通流能力大于1.2倍雷击浪涌电流的最大值。
[0115] 与图11比较,图12在图11基础上,与隔离电容666的脚c2连接的敏感区域K2的射频链路D再并联一个电感662到TOP层地铜箔333,其它部分都一样,不再重复描述。当从隔离电容666的脚c1穿透至脚c2少量的浪涌电流注入敏感区域K2的射频链路D时,电感662可将少量的浪涌电流短路至TOP层地铜箔333,再从TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1,不影响射频链路的正常工作,也不会损坏敏感区域K2的射频链路D。电感662对射频电路相当于开路,电感662不影响射频电路的信号传输,而隔离电容666具有“阻低频通高频”,也不影响射频电路的信号传输。这样通过电感661、隔离电容666、电感662的组合完美实现了泄放雷击浪涌电流,而不影响射频信号的正常传输。
[0116] 与图11比较,图13在图11基础上,将电感661替换为气体放电管664,同时去掉了隔离电容666,其它部分都一样,不再重复描述。当外置天线72接收感应雷击399,并在SMA‑KWE母座2接口电路注入浪涌电流,气体放电管664瞬间被击穿,直接将浪涌电流泄放至TOP层地铜箔333,再从TOP层地铜箔333、露铜31、螺钉孔32(金属化电镀孔)、露铜30、螺柱6、金属底壳26、金属右侧壳21、螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266,注入大地G1,不影响射频链路的正常工作,也不会损坏敏感区域K2的射频链路D。例如,气体放电管664的极间结电容较小,一般在1pF‑5pF左右,对于0‑2GHz范围内的射频信号传输影响较小。
[0117] 与图13比较,图14在图13基础上,在SMA‑KWE母座2接口电路与气体放电管664连接处增加一个隔离电容666,其它部分都一样,不再重复描述。隔离电容666有“阻低频通高频”作用,将来自SMA‑KWE母座2接口电路中的2.86kHz‑125kHz浪涌电流阻挡在隔离电容666的脚c1,充分让气体放电管664将浪涌电流通过TOP层地铜箔333泄放至大地G1,尽量不让浪涌电流穿越与隔离电容666的脚c2连接的敏感区域K2的射频链路D,这样就保护了与隔离电容666的脚c2连接的敏感区域K2的射频链路D。其中,气体放电管664输出端存在一定的残压,隔离电容666需要足够的耐压,以确保隔离电容666承受气体放电管664输出端的残压而不损坏。
[0118] 参见图3‑图6、图8中SMA‑KWE母座2接口电路的防护器件10,插入损耗小于0.2dB,电压驻波比(VSWR)应小于1.2,SMA‑KWE母座2接口电路的特性阻抗与敏感区域K2中射频链路的特性阻抗相匹配,避免射频链路中的射频信号发生反射,带来电压驻波比(VSWR)、S11(回波损耗)变差,杂散超标等异常现象。
[0119] 示例性的,防护器件10的选型包括ESD静电防护二极管(Electro‑Static discharge,静电防护管)、TVS管(Transient Voltage Suppressors,瞬态抑制二极管)、开关二极管、TSS二极管(Thyristor Surge Suppressors,浪涌抑制晶闸管)、可控硅、稳压二极管、压敏电阻、气体放电管、电感、磁珠中的一种或多种。图3、图4、图7中射频走线111、射频走线11需要传输射频信号(例如2.4G wifi射频信号、2.4G蓝牙射频信号、2.4G Zigbee射频信号、2.4G Z‑wave射频信号、2.4G Z‑wave射频信号,703MHz‑2.7GHz LTE射频信号、1.575GHz GPS射频信号等),防护器件10的结电容一定要低,否则会导致射频走线因容性过大,导致射频走线中射频信号发生反射,带来杂射超标、电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio;VSWR)、S11等参数变差。例如Lora模组(863‑870/873MHz,而亚洲和南美的设备工作频率为915‑928MHz,北美的设备工作频率为902‑928MHz)要求防护器件10的结电容选择小于1pF,UWB(北美的设备工作频率为3.1GHZ‑10.6GHZ,欧盟的设备工作频率为3.4GHz‑
4.8GHz和6GHz‑8.5GHz)要求防护器件10的结电容选择小于0.1pF。
[0120] 以下对本申请实施例提供的金属底壳26与金属右侧壳21之间接触阻抗对雷击泄放影响进行说明。
[0121] 网络设备还可以包括接地电缆266,壳体可以包括第一壳壁(例如,金属底壳26),接地电缆266的一端接地(即大地G1),装配件(例如,螺钉7和螺柱6等)与第一壳壁(例如,第一壳壁可以导电)电连接,接地电缆266的另一端与第一壳壁电连接;或,壳体可以包括与第一壳壁延伸方向不同的第二壳壁(例如,金属右侧壳21,第二壳壁可以导电),接地电缆266的另一端与第二壳壁电连接,第一壳壁和第二壳壁可以为一体件,或,第一壳壁、装配件中的至少一者与第二壳壁之间通过电缆902电连接。当然的,壳体也可以为绝缘件,接地电缆266的另一端可以与装配件电连接。可以理解的是,第一壳壁和第二壳壁可以为金属左侧壳
98、金属右侧壳21、金属顶壳288、金属底壳26、金属前壳313和金属后壳中的任意两者。
[0122] 参见图6和图15,图6中的金属右侧壳21与金属底壳26一体成形,与图6比较,图15中的金属左侧壳98、金属右侧壳21与金属顶壳288一体成形,金属左侧壳98、金属右侧壳21与金属顶壳288形成倒“U”形,而金属底壳26呈“—”形。“—”形的金属底壳26与倒“U”形的金属左侧壳98、金属右侧壳21、金属顶壳288形成了封闭的“口”字形金属外壳。除上述差异之外,图15方案中的其它部分与图6都相同的,不在重复描述。由于螺柱6安装在金属底壳26上,而螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266安装在金属右侧壳21上,金属底壳26与金属右侧壳21之间连接时的电接触阻抗非常高,也就是螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高,对来自外置天线72(如图8所示)感应雷击399泄放非常不顺畅,很容易造成浪涌电流i51大量注入敏感区域K2的射频链路,导致敏感区域K2射频链路功能异常,甚至会造成敏感区域K2射频链路全部损坏。以图15为例进行说明,由于螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高,浪涌电流i51大量经射频走线111、射频走线11注入天线匹配组件12、射频走线13、滤波器组件或FEM组件14、射频走线24,滤波器组件或FEM组件14瞬间会被浪涌电流i51损坏,导致路由器(或网关、交换机)无法正常工作。因此这种金属外壳的设计是有明显缺陷,不能采纳。
[0123] 图16‑图22给出了如何解决螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间的电接触阻抗非常高的问题。
[0124] 与图6比较,图16在图6基础上,示出了金属左侧壳98及金属顶壳288,除上述差异之外,图16方案中的其它部分与图6都相同的,不在重复描述。继续参考图16,金属左侧壳98、金属右侧壳21、金属底壳26一体成形,金属右侧壳21与金属底壳26成90度折弯成形,金属左侧壳98与金属底壳26成90度折弯成形,金属底壳26、金属右侧壳21、金属左侧壳98三者成“U”形,而金属顶壳288成“—”形。“U”形的金属底壳26、金属右侧壳21、金属左侧壳98,以及“—”形的金属顶壳288可以做成封闭的“口”字形金属外壳。螺柱6紧密安装在金属底壳26上,也就是螺柱6与金属底壳26实现低阻抗电连接;螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266紧密安装在金属右侧壳21,也就是螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266与金属右侧壳21实现低阻抗电连接;且金属右侧壳21、金属底壳26一体成形,当浪涌电流i52从螺柱6注入金属底壳26分成两路:A、绝大部分浪涌电流i31(i31约占i52的90%‑99%)从金属底壳26沿金属右侧壳21往螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1;B、极小部分浪涌电流i61(i61约占i52的1%‑10%)往金属底壳26的B方向泄放,将浪涌电流i61在金属底壳26、金属前壳313、金属右侧壳21、金属顶壳288、金属后壳等均匀分布。
由于金属底壳26沿金属右侧壳21是一体成形,金属底壳26和金属右侧壳21均呈平面状,平面状的金属材料(例如铁、钢、铜、铝、银等)分布电感较小,直流电阻非常低,因此它的阻抗非常低,可以为浪涌电流i31从螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1提供良好的条件,能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11中的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。
[0125] 与图16比较,差异在于图17中的金属顶壳288与金属左侧壳98一体成形,金属顶壳288与金属左侧壳98呈倒“L”形;而金属底壳26与金属右侧壳21一体成形,金属底壳26与金属右侧壳21呈“L”形,除上述差异之外,图17方案中的其它部分与图15都相同的,不在重复描述。继续参考图17,倒“L”形的金属顶壳288、金属左侧壳98与“L”形的金属底壳26、金属右侧壳21形成封闭的“口”字形金属外壳。螺柱6紧密安装在金属底壳26上,也就是螺柱6与金属底壳26实现低阻抗电连接;螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266紧密安装在金属右侧壳21,也就是螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266与金属右侧壳21实现低阻抗电连接;且金属右侧壳21、金属底壳26一体成形,当浪涌电流i52从螺柱6注入金属底壳
26分成两路:A、绝大部分浪涌电流i31(i31约占i52的90%‑99%)从金属底壳26沿金属右侧壳21往螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1;B、极小部分浪涌电流i61(i61约占i52的1%‑10%)往金属底壳26的B方向泄放,将浪涌电流i61在金属底壳26、金属前壳313、金属右侧壳21、金属顶壳288、金属后壳分布。由于金属底壳26与金属右侧壳21是一体成形,金属底壳26和金属右侧壳21均呈平面状,平面状的金属材料(例如铁、钢、铜、铝、银等)分布电感较小,直流电阻非常低,因此它的阻抗非常低,可以为浪涌电流i31通过螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266注入大地G1提供良好的条件,能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11中的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。
[0126] 与图15比较,图18与图15的差异在于:图18在图15基础上,在金属底壳26内壁面A1的螺柱6附近设置金属耳挂子901,在金属耳挂子901上嵌入电缆902的铜芯线(也就是电缆902的铜芯线与金属耳挂子901通过压接或焊接方式电连接),通过铆钉900直接将金属耳挂子901牢牢嵌入金属底壳26上,实现金属耳挂子901与金属底壳26电连接;而在金属右侧壳
21的内壁面B1的螺柱277附近设置金属耳挂子904,在金属耳挂子904上嵌入电缆902的铜芯线(也就是电缆902的铜芯线与金属耳挂子904通过压接或焊接方式电连接),通过铆钉903直接将金属耳挂子904牢牢嵌入金属右侧壳21上,实现金属耳挂子904、电缆902与金属右侧壳21电连接,也就是螺柱6通过金属底壳26、铆钉900、金属耳挂子901、电缆902、金属耳挂子
904、铆钉903、金属右侧壳21、螺柱277、金属耳挂子241、螺钉25、接地电缆266实现了与大地G1低阻抗电连接。能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。解决了图15中螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高的问题。除上述差异之外,图18方案中的其它部分与图15都相同的,不在重复描述。
[0127] 与图18比较,图19与图18的差异在于:图19在图18基础上,在螺柱6与金属底壳26的内壁面A1之间插入了金属耳挂子901,铆钉905将金属底壳26、金属耳挂子901、螺柱6牢牢固定成一个整体,而金属耳挂子901通过电缆902、金属耳挂子904、铆钉903、金属右侧壳21、螺柱277、金属耳挂子241、螺钉25、接地电缆266实现了与大地G1低阻抗电连接。能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。解决了图15中螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高的问题。除上述差异之外,图19方案中的其它部分与图18都相同的,不在重复描述。
[0128] 与图19比较,图20与图19的差异在于:图20在图19基础上,在螺钉7与电路板20的螺钉孔32之间插入金属耳挂子901,而金属耳挂子901通过电缆902、金属耳挂子904、铆钉903、金属右侧壳21、螺柱277、金属耳挂子241、螺钉25、接地电缆266实现了与大地G1低阻抗电连接,这样能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。解决了图15中螺柱6到螺柱277、螺钉
25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高的问题。除上述差异之外,图20方案中的其它部分与图19都相同的,不在重复描述。
[0129] 与图15‑图20比较,图21方案中金属外壳采用金属挤压成形(例如铝挤压成形),将金属材料挤压成形为“跑道形”或“口”字形,也就是“跑道形”或“口”字形的金属顶壳288、金属左侧壳98、金属右侧壳21、金属底壳26一体成形。电路板20插入跑道形”或“口”字形金属外壳的内部,在金属底壳26内壁面A1的右边靠近金属右侧壳21交界位置处设置金属凸起909,金属凸起909用于支撑起电路板20,在电路板20的螺钉孔32投影在金属凸起909的面
911设置钻孔908,钻孔908钻穿金属凸起909至金属底壳26的外壁面A2,金属凸起909的钻孔
908与电路板20的螺钉孔32的坐标位置是一一对应的。在金属右侧壳21(仅以金属右侧壳21为例进行说明,并不限制是金属外壳的具体哪个面)设置螺柱277、金属耳挂子241、接地电缆266、螺钉25。在电路板20的螺钉孔32的上方设置一个螺母910,螺母910可以通过回流焊焊接在电路板20的螺钉孔32的露铜31上,在金属底壳26的外壁面A2靠近钻孔908的位置插入一个螺钉907,螺钉907从金属底壳26的外壁面A2的钻孔908插入金属凸起909、电路板20的螺钉孔32后,与螺母910吻合,通过螺丝刀将螺钉907拧紧,实现螺母910、电路板20的螺钉孔32、螺钉907、露铜31、露铜30、金属凸起909的面911、金属底壳26的外壁面A2的钻孔908低阻抗电连接,而金属右侧壳21、金属底壳26一体成形,这样能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线
111、射频走线11的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。解决了图15中螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高的问题。除上述差异之外,图21方案中的其它部分与图20都相同的,不在重复描述。
[0130] 与图15比较,图22与图15的差异在于:图22在图15基础上,将螺柱6嵌入金属底壳26,螺柱6在金属底壳26的外壁面露出来,将螺柱6内的螺钉孔888贯穿整个螺柱6。将安装在金属右侧壳21上的金属耳挂子241、接地电缆266、螺钉25移至金属底壳26靠近螺柱6位置。
而电路板20的螺钉孔32与螺柱6内的螺钉孔888一一对应,螺钉7从电路板20的螺钉孔32插入螺柱6内的螺钉孔888,并将螺钉7、电路板20的螺钉孔32、露铜31、露铜30、螺柱6拧紧,实现它们之间低阻抗电连接;而金属耳挂子241通过螺钉25插入螺柱6内的螺钉孔888,并将螺钉25、金属耳挂子241、螺柱6、接地电缆266与大地G1实现低阻抗电连接。这样能快速将浪涌电流i31注入大地G1,大大降低了注入射频SMA‑KWE母座2的金属芯132(如图7所示)、射频管脚112、射频走线111、射频走线11的浪涌电流对敏感区域K2的射频链路的功能影响,也大大降低了对敏感区域K2的射频链路的破坏,保护路由器(或网关、交换机)不会被来自外置天线72感应雷击399的损坏。解决了图15中螺柱6到螺柱277、螺钉25、金属耳挂子241、接地电缆266之间电接触阻抗非常高的问题。除上述差异之外,图22方案中的其它部分与图15都相同的,不在重复描述。
[0131] 另外,如图22所示,螺钉7从上至下插入电路板20中的螺钉孔32、螺柱6内的螺钉孔888,经固定后实现螺钉7、金属耳挂子241、螺柱6低阻抗电连接。而金属耳挂子241可以通过螺钉25插入螺柱6中的螺钉孔888,经固定后实现金属耳挂子241、螺钉25、螺柱6、接地电缆
266与大地G1低阻抗电连接。因此图22中的方案,也可以将导电外壳(例如金属左侧壳98、金属右侧壳21、金属底壳26、金属顶壳288)设置为塑胶外壳,同样可以实现低阻抗的雷击泄放路径。
[0132] 以下对本申请实施例提供的电路板20的泄放通道中射频走线及地铜箔设计要求进行说明。
[0133] 射频管脚112和敏感器件之间通过射频走线(射频走线111和射频走线11)电连接,射频走线靠近射频管脚的一端(即第一射频走线)的宽度可以大于射频走线靠近敏感器件的一端(即第二射频走线)的宽度,射频走线的阻抗范围可以为0.9*目标阻抗至1.1*目标阻抗。其中,目标阻抗可以为50Ω,第一射频走线(即射频走线111)和/或第二射频走线(即射频走线11)的阻抗范围可以为45Ω‑55Ω。或,目标阻抗可以为75Ω,第一射频走线和/或第二射频走线的阻抗范围可以为67.5Ω‑82.5Ω。第一射频走线的宽度(例如,可以为第一射频走线的下部分的线宽,第一射频走线的上部分的线宽,或第一射频走线的平均线宽,本申请实施例以该宽度为第一射频走线的下部分的线宽为例)可以大于第二射频走线的宽度。
[0134] 电路板20上设置有多层接地件(例如。至少包括地铜箔333、地铜箔G2、地铜箔G3和地铜箔G4),多层接地件包括第一接地件和第二接地件,第一接地件和第二接地件位于第一表面(即TOP层的表面)朝向第二表面(即BOTTOM层的表面)的一侧,第一射频走线在第一接地件的所在平面上的正投影位于第一接地件内,也就是,第一接地件形成第一射频走线的地平面,第二射频走线在第二接地件的所在平面上的正投影位于第二接地件内,第二接地件形成第二射频走线的地平面。
[0135] 一些示例中,沿电路板20的厚度方向,第一接地件与第一表面之间的距离可以大于第二接地件与第一表面之间的距离,第一射频走线在第二接地件的所在平面上的正投影位于第二接地件外。例如,第一接地件和第二接地件可以为不同层的地铜箔。第一接地件可以为地铜箔G3,第二接地件可以为地铜箔G2;或者,第一接地件可以为地铜箔G4,第二接地件可以为地铜箔G2或地铜箔G3。
[0136] 另一些示例中,第一接地件与第一表面之间的距离可以等于第二接地件与第一表面之间的距离,第一接地件与第一表面之间设置有第一绝缘介质层(例如,图36中绝缘介质层801),第二接地件与第一表面之间设置有第二绝缘介质层(例如,图36中绝缘介质层800),第一绝缘介质层的介电常数小于第二绝缘介质层的介电常数。例如,第一接地件和第二接地件可以均为同一层的地铜箔,例如,可以为地铜箔G2、地铜箔G3或地铜箔G4。
[0137] 多层接地件可以包括第三接地件(即TOP层地铜箔333),第三接地件位于第一表面上。第三接地件可以与第一射频走线、第二射频走线间隔设置,也就是,地铜箔333和射频走线111之间具有无铜箔区341,地铜箔333和射频走线11之间具有无铜箔区338。
[0138] 因雷击电流达几千安,而常规的射频走线需要做50欧阻抗控制,射频走线宽度有限(例如4mil‑7mil),当几千安的雷击电流从SMA‑KWE母座2注入到防护器件10时,SMA‑KWE母座2到防护器件10之间射频走线111很容易被烧断,如果将射频走线111加粗来满足雷击电流通流能力,射频走线111的阻抗就无法满足50欧阻抗要求(即目标阻抗),导致射频走线111在传输射频信号时,容易造成射频信号反射,带来S11(回波损耗)变差(例如S11≦2),VSWR(电压驻波比)变差(例如VSWR≦2)。也就是常规射频走线无法满足性能指标的要求。
[0139] 表1给出了电路板20的板厚为1.6mm的4层通孔板层叠结构。
[0140] 图23a中的射频走线11参考L02层的地铜箔、并采用SI9000计算得到阻抗值50.12欧。也就是图23a是表1中L01层射频走线11的阻抗值参考L02层的地铜箔G2(相邻层)计算得到50.12欧,此时计算得到L01层射频走线11的线宽为6.8mil。其中,如下为图23a对应的各参数值以及通过各参数采用SI9000计算得到阻抗值:
[0141] Substrate 1Height H:4.0mil为射频走线11到参考地铜箔之间绝缘层的厚度;
[0142] Substrate 1Dielectric Er1:4.0为射频走线11到参考地铜箔之间绝缘层的介电常数;
[0143] Lower Trace Width W1:6.8mil为射频走线11的下部分的线宽;
[0144] Upper Trace Width W2:5.8mil为射频走线11的上部分的线宽;
[0145] Lower Ground Strip Separation D1:10mil为射频走线11到同层地线或地铜箔之间距离,也就是图24中对应的W14;
[0146] Trace Thickness T1:1.2mil为射频走线11的铜厚;
[0147] Coating Above Substrate C1:1.0mil为射频走线11与同层地线或地铜箔之间无铜箔区油墨的厚度;
[0148] Coating Above Trace C2:0.4mil为射频走线11上油墨的厚度;
[0149] Coating Dielectric CEr:3.5为油墨的介电常数;
[0150] Impedance:50.12欧为计算得到阻抗值。
[0151] 如表1所示,如果整个电路板厚H4(图5)为1.6mm(63mil)计算,L01层和L02层之间厚度及L03层和L04层之间厚度按业界给出了常规值为4mil,也就是L01层和L02层之间的PP厚度H1为4mil,L03层和L04层之间的PP厚度H3为4mil。L02层和L03层之间的core(芯板)厚度H2设置为50.2mil,TOP层(即L01层)和BOTTOM层(即L04层)为表层,表层铜厚1.2mil;第2层(即L02层)、第3层(即L03层)为内层,内层铜厚1.2mil,L01层和L04层覆盖的油墨厚度为0.4mil。图23a是根据表1所示,L01层和L02层之间的PP厚度H1为4mil,单端走线(对应图24中的射频走线11)线宽W1为6.8mil,单端走线(对应图24中的射频走线11)到周围铜箔(对应图24中的地铜箔333)间距为D1为10mil(对应图24中的地铜箔333到射频走线11的间距为W14),单端走线及周围地铜箔的铜厚T1为1.2mil,单端走线到周围地铜箔之间无铜箔区(对应图24中无铜箔区338)的油墨厚度C1为1mil,单端走线的油墨厚度C2为0.4mil,计算得到单端走线(对应图24中的射频走线11)的阻抗值为50.05欧。
[0152] 继续参阅图4、图6、图7、图8、图16‑图21,在SMA‑KWE母座2的金属芯132、射频焊盘113至防护器件10的管脚5中射频走线111既要满足50欧姆阻抗要求(避免射频信号反射带来一系列问题),又要满足泄放雷击电流的要求,而感应雷击产生电流高达几千安的瞬间浪涌电流,而按常规的设计,对应图23a中的射频走线11的线宽W1为6.8mil,几千安的瞬间浪涌电流经过射频走线111时,立即会烧断,显然按常规50欧走线无法满足雷击电流的泄放要求。
[0153] 表1.常规4层板层叠结构
[0154]
[0155] 可以采用方案例如,将SMA‑KWE母座2到防护器件10之间射频走线111隔层参考,也就是参考相邻层的相邻层,将射频走线111成倍加宽,在满足射频走线50欧或75欧阻抗要求基础上,同时满足雷击电流泄放要求。
[0156] 图25就是图24中沿X方向(SMA‑KWE母座2的中心位置)的垂直剖视图。如图24、图25所示方案来举例说明:以1.6mm厚的电路板20为例进行说明,防护器件10的管脚5、管脚4分别焊接在防护器件10的焊盘521、焊盘522上。从SMA‑KWE母座2的射频管脚112引出射频走线111至防护器件10的焊盘521,防护器件10的焊盘522与TOP层地铜箔333大面积连接,也就是TOP层地铜箔333全部覆盖防护器件10的焊盘522,同时防护器件10的焊盘522尽可能靠近螺钉孔32的露铜31,以缩短防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31/螺钉孔32之间距离,以减小它们之间TOP层地铜箔333的分布电感;它们距离越远,它们之间TOP层地铜箔
333分布电感越大,它们之间的阻抗越大,泄放路径越不顺畅,对射频走线111后级的射频链路影响越大,容易造成射频链路的器件损坏(例如损坏图4中的射频模组23、损坏图3中的滤波器组件或FEM组件14)或功能异常;它们距离越近,它们之间TOP层地铜箔333的分布电感越小,它们之间的阻抗越小,泄放路径越顺畅,对射频走线111后级的射频链路影响越小。
TOP层地铜箔333与螺钉孔32的露铜31大面积连接,也就是TOP层地铜箔333既要全部覆盖螺钉孔32的露铜31,又要全部覆盖防护器件10的管脚4/焊盘522,螺钉孔32的露铜31到防护器件10的管脚4/焊盘522之间的TOP层地铜箔333宽度越大,分布电感越小,它们之间的阻抗越小,泄放路径越顺畅,对射频走线111后级的射频链路影响越小。
[0157] 示例性的,第三接地件(例如,地铜箔333)可以包括相连的第一配合部(例如焊盘522)和第二配合部(例如露铜336),阻焊层(例如,油墨)在第三接地件的所在平面上的正投影位于第一配合部和第二配合部外,也就是,第一配合部和第二配合部外上未设置阻焊层。
防护器件10的第二管脚(即管脚4)与第一配合部电连接,第二配合部电连接于第一配合部和装配件(例如,螺钉7和/或螺柱6)之间。
[0158] 示例性的,第二配合部背离第二表面(例如,BOTTOM层的表面)的一侧可以覆盖有金属件(即钢网条),和/或,第一射频走线背离第二表面的一侧可以覆盖有金属件(例如,在射频走线111的表面覆盖一层金、镍或银等)。其中,金属件可以为一体件,从而使得金属件的结构较为简单。或者,金属件可以包括沿第一表面间隔设置的多个子金属件(例如,位于第二配合部的表面上的钢网条可以为多个,包括钢网条a、钢网条b、钢网条c和钢网条d),相邻两个子金属件之间的距离范围为0.25mm‑1mm。
[0159] 为了进一步降低防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333的阻抗,推荐将防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333上的油墨去掉,原因是油墨的热阻较高,防护器件10的管脚4/焊盘522经TOP层地铜箔333朝螺钉孔32的露铜31大量泄放瞬间浪涌电流时,防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔
32的露铜31之间TOP层地铜箔333会瞬间产生大量热量,如果不及时将热量散发出去,防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333可能会烧断。因此,防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333上的油墨去掉,也就是在防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333进行露铜336,可以增加TOP层地铜箔333到空气之间对流及辐射散热,降低防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333烧断的风险。另外,在TOP层地铜箔333的露铜336上可以增加多个钢网条:钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d。钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d之间要保持0.25mm以上间距,避免它们在TOP层地铜箔333的露铜336的高温回流焊时,钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d中的锡在流动,发生堆锡现象。钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d宽度不能超过1mm,推荐为0.25mm‑0.8mm,其目的是为了避免它们在TOP层地铜箔333的露铜336中高温回流焊时,钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d中的锡在流动,发生堆锡现象。经过高温回流焊后,钢网条a、钢网条b、钢网条c、钢网条d在TOP层地铜箔333的露铜336上形成4条锡条,也就是TOP层地铜箔333的露铜336增加4条锡条,相当于间接增加了防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333的厚度,大大降低了防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333分布电感,降低它们之间的泄放阻抗,同时大大降低了TOP层地铜箔333的露铜336的热阻。避免了防护器件10的管脚4/焊盘522到螺钉孔32的露铜31之间TOP层地铜箔333烧断的风险。
[0160] 继续参阅图23b、图24、图25,图23b中的射频走线111参考L04层的地铜箔G4、并采用SI9000计算得到阻抗值50.16欧。通常情况射频走线111都是参考相邻层L02层的地铜箔G2,以4层板为例,当射频走线111都是参考相邻层L02层的地铜箔G2计算为50.12欧时的线宽为6.8mil线宽,不能满足上千安浪涌电流的通流要求。因此,可以在射频走线111投影在L02层的地铜箔G2轨迹进行挖空处理、射频走线111投影L03层的地铜箔G3轨迹进行挖空处理,仅留下射频走线111投影在L04层的地铜箔G4轨迹不挖空,也就是射频走线111的参考地为L04层的地铜箔G4,射频走线111的回流轨迹在L04层的地铜箔G4上,而不是在L02层的地铜箔G2。图23b示出了部分射频走线参考L04层的地铜箔的结构示意图。图23b、图24、图25方案中的4层板(表1方案中层叠结构)用SI9000计算表层50欧单端走线参考L04层的地铜箔G4的阻抗值为50.16欧,符合射频阻抗控制要求50欧±5欧,此时计算得到L01层射频走线111的线宽为103mil。其中,如下为图23b对应的各参数值以及通过各参数采用SI9000计算得到阻抗值:
[0161] Substrate 1Height H:60.6mil为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的厚度;
[0162] Substrate 1Dielectric Er1:4.0为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的介电常数;
[0163] Lower Trace Width W1:103.0mil为射频走线111的下部分的线宽;
[0164] Upper Trace Width W2:102.0mil为射频走线111的上部分的线宽;
[0165] Lower Ground Strip Separation D1:40.0mil为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离,也就是图24中对应的W12;
[0166] Trace Thickness T1:1.2mil为射频走线111的铜厚;
[0167] Coating Above Substrate C1:1.0mil为射频走线111与同层地线或地铜箔之间无铜箔区油墨的厚度;
[0168] Coating Above Trace C2:0.4mil为射频走线111上油墨的厚度;
[0169] Coating Dielectric CEr:3.5为油墨的介电常数;
[0170] Impedance:50.16欧为计算得到阻抗值。
[0171] 如表1、图23b所示,需要说明是射频走线111参考L04层的地铜箔G4,它们两者之间距离计算如下:L01层到L02层之间PP厚度H1=4mil,L02层到L03层之间Core(芯板)厚度H2=50.2mil,L03层到L04层之间PP厚度H3=4mil;而L02层的铜箔厚度(简称铜厚)h1=1.2mil,L03层的铜箔厚度(简称铜厚)h2=1.2mil,射频走线111到参考L04层的地铜箔G4的间距为H1+H2+H3+h1+h2=4mil+50.2mil+4mil+1.2mil+1.2mil=60.6mil。
[0172] 参考图23b对应的各参数计算得到50欧阻抗值,射频走线111宽度达103mil,线宽已经远远越过图23a方案(常规方案)中计算50.12欧得到的线宽6.8mil,图23b方案中射频走线111宽度是图23a方案射频走线111宽度的15.14倍,根据多次雷击测试得到经验数据,表层(例如图23b、图24、图25方案中L01层或L04)铜厚在1.2mil、线宽15mil可以泄放1KA浪涌电流,则图23b、图24、图25方案中的射频走线111约可以承受6.87KA的浪涌电流,实际需要降规格,也就是可以泄放5KA‑6KA的浪涌电流,同时要严格控制SMA‑KWE母座2的射频管脚112至防护器件10的焊盘521之间射频走线111的长度,射频走线111的长度越短,泄放通道阻抗越小,射频走线111的长度越短,对射频走线11等后续射频链路影响越小。
[0173] 示例性的,射频走线111宽度和射频走线11的宽度采用两种不同线宽(例如,下部分的线宽)、不同参考回流地来同时满足50欧阻抗设计要求。
[0174] 如图24、图25所示,SMA‑KWE母座2的射频管脚112(L01层)引出的射频走线111(L01层)至防护器件10的焊盘521(L01层)已经将雷击电流泄放干净,从L01层防护器件10的焊盘521引出的射频走线11已经没有雷击电流泄放的需求,也就是射频走线11不需要承受几千安的浪涌电流(雷击电流),需要满足传输射频信号即可,所以射频走线11只需要按图23a、表1中计算阻抗值为50.12欧、线宽为6.8mil设计即可,不需要图23b、图24、图25方案中的射频走线111线宽来设计。也就是在SMA‑KWE母座2的射频管脚112与防护器件10的管脚5/焊盘
521之间射频走线111采用隔层参考地铜箔(例如图24中L04层地铜箔G4)来满足50欧阻抗要求,同时满足雷击泄放的通流的线宽要求,而在防护器件10的管脚5/焊盘521至天线匹配组件12之间射频走线11参考相邻层L02层地铜箔G2,线宽只需要满足50欧阻抗要求即可。也就是从SMA‑KWE母座2的射频管脚112与防护器件10的管脚5/焊盘521之间射频走线111、防护器件10的管脚5/焊盘521到天线匹配组件12之间射频走线11的阻抗都是连续50欧的阻抗,并没有发生明显跳变,既符合射频的设计要求,也符合雷击泄放的通流设计要求。
[0175] 以下对本申请实施例提供的射频走线111的宽度、射频走线111到周围铜箔距离与阻抗之间关系进行说明。
[0176] 示例性的,第一表面设置有防护焊盘(即防护器件10焊盘521),防护焊盘电连接于第一射频走线(例如,射频走线111)和第二射频走线(例如,射频走线11)之间,防护器件10的第一管脚(即管脚5)与防护焊盘电连接。沿第一射频走线的宽度方向,防护焊盘的宽度(即图24的W10)小于或等于第一射频走线(即图24的W15)的宽度。
[0177] 示例性的,电路板20上设置有射频焊盘113,射频焊盘113位于第一射频走线背离第二射频走线的一端,第三接地件(TOP层地铜箔333)与射频焊盘113间隔设置,射频焊盘113电连接于射频管脚112和第一射频走线之间。沿第一射频走线的宽度方向,射频焊盘113的宽度等于第一射频走线的宽度,射频焊盘113与第三接地件之间的距离(即图24中R1)等于第一射频走线与第三接地件之间的距离(即图24中W12)。
[0178] 继续参考图23b、图24、图25,图23b中的W1为射频走线111的下部分的线宽,也就是图24中的W15,也就是上述射频走线111的线宽(射频走线111的下部分的线宽);而图23b中的D1为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离(Lower Ground Strip Separation D1),也就是图24中的L01层中的射频走线111到L01层地铜箔333之间距离W12,L01层中的射频走线111到L01层地铜箔333之间距离W12大小会影响射频走线111的阻抗大小。射频焊盘113到L01层地铜箔333之间距离为R1,如果射频焊盘113的直径与射频走线111线宽一样,则R1=W12,这样可以尽量让射频焊盘113位置阻抗与射频走线111接近50欧,避免信号反射。
射频走线111的宽度W15(也就是上述提到线宽)可以大于或等于防护器件10焊盘521的宽度W10,防护器件10焊盘521的宽度W10也可以小于射频走线111的宽度W15。优选射频走线111的宽度W15(也就是上述提到线宽)可以大于或等于防护器件10焊盘521的宽度W10,这样对射频走线111的阻抗更加连续,不容易导致射频信号在射频走线111中反射带来VSWR、S11等参数变差。
[0179] 继续参考图23a、图24,图23a中的W1为射频走线11的下部分的线宽,也就是上述射频走线11的线宽(射频走线11的下部分的线宽);而图23a中的D1为射频走线11到同层地线或地铜箔之间距离(Lower Ground Strip Separation D1),也就是图24中的L01层中的射频走线11到L01层地铜箔333之间距离W14,L01层中的射频走线11到L01层地铜箔333之间距离W14大小会影响射频走线11的阻抗大小。由于射频走线11线宽和射频走线111的线宽不一样,它们的回流参考地铜箔也不一样,L01层的射频走线11到同层地铜箔333(L01层的地铜箔333)距离W14与L01层的射频走线111到同层地铜箔333(L01层的地铜箔333)距离W12也不一样。但射频走线11和射频走线111相同或相接近的是它们都是50欧±5欧。
[0180] 示例性的,多层接地件可以沿电路板20的厚度方向层叠设置,各接地件均位于不同层上,电路板20具有沿第一表面间隔设置的多个地孔(例如,多个地孔可以包括地孔384、地孔382、地孔342、地孔340、地孔383和地孔381中的至少一者),地孔一端的孔口可以位于第三接地件背离第二表面一侧的面上,地孔中设置有导电件,第三接地件(即地铜箔333)通过导电件电连接其余接地(即地铜箔G2、地铜箔G3和地铜箔G4)中的至少一者。
[0181] 示例性的,地孔可以包括第一地孔(即地孔342和地孔340),导电件可以包括第一导电件,第一导电件可以位于第一地孔中,第一射频走线和第三接地件之间可以具有第一避空区(即无铜箔区341),第二射频走线和第三接地件之间可以具有第二避空区(即无铜箔区338),第一地孔可以位于第一避空区和第二避空区的交界处,且位于第三接地件内侧,第一接地件、第二接地件和第三接地件均通过第一导电件电连接。
[0182] 示例性的,地孔可以沿电路板20的厚度方向贯穿电路板,即地孔可以为通孔。或,在同一地孔中,地孔可以包括沿电路板20的厚度方向排布的多个子地孔(多个子地孔即图28中的激光孔961+埋孔960+激光孔964,激光孔965+埋孔962+激光孔963)每相邻两层接地件之间均设置有子地孔,相邻两个子地孔在第一表面的所在平面上的正投影的距离范围为
0mm‑5mm。
[0183] 在射频走线111与同层周围地铜箔333边沿设置地孔384、地孔382;在图24中,同层周围地铜箔333的边缘X方向以上位置设置地孔384,地孔384可以在同层周围地铜箔333范围以内,地孔384也可以与同层周围地铜箔333相切;同层周围地铜箔333的边缘X方向以下位置设置地孔382;地孔382可以在同层周围地铜箔333范围以内,地孔382也可以与同层周围地铜箔333相切;地孔384、地孔382用于增加射频走线111与同层周围其它走线及过孔、电源走线及过孔之间的隔离度,同时减小射频走线111中射频信号对外泄露;地孔384、地孔382可以为L01层到L02层的激光孔、或L01层到L03层的激光孔、或通孔,在此不限制过孔类型。在射频走线11与同层周围地铜箔333边沿设置地孔383、地孔381,用于增加射频走线111与同层周围其它走线及过孔、电源走线及过孔之间隔离度,同时减小射频走线111中射频信号对外泄露,地孔383、地孔381可以为L01层到L02层的激光孔、或L01层到L03层的激光孔、或通孔,在此不限制过孔类型。在图24中,同层周围地铜箔333的边缘X方向以上位置设置地孔383,地孔383可以在同层周围地铜箔333范围以内,地孔383也可以与同层周围地铜箔333相切;同层周围地铜箔333的边缘X方向以下位置设置地孔382;地孔382可以在同层周围地铜箔333范围以内,地孔382也可以与同层周围地铜箔333相切。
[0184] 以下对本申请实施例提供的射频走线111回流为L04层地铜箔G4与射频走线11回流为L02层地铜箔G2断层问题解决方案进行说明。
[0185] 继续参考图7、图24、图25,射频信号经天线匹配组件12、射频走线11、防护器件10管脚5/焊盘521、射频走线111到SMA‑KWE母座2,最后经天线电缆52送至外置天线72,在天线匹配组件12、射频走线11、防护器件10管脚5/焊盘521、射频走线111到SMA‑KWE母座2中产生高频射频电流i71。同时在SMA‑KWE母座2的地管脚214和地焊盘215、在射频走线111投影在L04层的地铜箔G4的轨迹位置(由于SMA‑KWE母座2的地管脚214和地焊盘215与射频走线111投影在L04层的地铜箔G4的轨迹位置电连接)产生回流路径,射频走线111参考地为L04层的地铜箔G4;射频走线11投影在L02层的地铜箔G2的轨迹位置产生回流路径,由于射频走线111投影在L04层的地铜箔G4的轨迹位置和射频走线11投影在L02层的地铜箔G2的轨迹位置并没有直接电连接,所以会导致射频信号回流非常远,这样会导致射频信号发生反射,带来电压驻波比(VSWR)、回波损耗(S11)等射频参数变差,影响射频信号质量。
[0186] 在一种实施方式中,可以采用通孔方案解决参考地回流换层带来的跨分割问题。
[0187] 参考图24、图26和图27,L01层中的射频走线11到L01层地铜箔333之间为无铜箔区338,L01层中的射频走线111到L01层地铜箔333之间为无铜箔区341,在无铜箔区338和无铜箔区341之间交汇位置的地铜箔333设置地孔340(通孔)、地孔342(通孔)。
[0188] 在图26及图27方案中,地孔340、地孔342为通孔,地孔340、地孔342将L01层的地铜箔333、L02层的地铜箔G2、L03层的地铜箔G3、L04层的地铜箔G4电连接;结合图25、图26、图27,虽然射频走线111投影在L04层的地铜箔G4的轨迹位置和射频走线11投影在L02层的地铜箔G2的轨迹位置并没有直接电连接,但由于在无铜箔区338和无铜箔区341之间交汇位置的地铜箔333设置了地孔340、地孔342,地孔340、地孔342将L01层的地铜箔333、L02层的地铜箔G2、L03层的地铜箔G3、L04层的地铜箔G4电连接,这样实现了射频走线111、射频走线11在防护器件10的管脚5/焊盘521位置的射频回流轨迹切换,也就是地孔340、地孔342将射频走线111投影在L04层地铜箔G4的回流轨迹、射频走线11投影在L02层地铜箔G2的回流轨迹电连接起来,实现射频信号在L04层地铜箔G4的回流轨迹、L02层地铜箔G2的回流轨迹是连续的,不是断续的(不是绕到远离射频走线111投影在L04层地铜箔G4、射频走线11投影在L02层地铜箔G2的地孔连接)。继续参阅图7、图25所示,射频信号经射频走线11、防护器件10管脚5/焊盘521、射频走线111、SMA‑KWE母座2的射频焊盘113、SMA‑KWE母座2的射频管脚
112、外置天线72,产生射频电流i71,同时在外置天线72、SMA‑KWE母座2的地管脚214、地焊盘215、射频走线111在L04层地铜箔G4投影的轨迹位置、地孔340/地孔342、射频走线11在L02层地铜箔G2投影的轨迹位置产生反向回流电流i72,也就是地孔340/地孔342为射频走线111在L04层地铜箔G4投影的轨迹位置与射频走线11在L02层地铜箔G2投影的轨迹位置之间反向回流电流i72提供了电气方面的桥接作用。
[0189] 以下对本申请实施例提供的回流轨迹进行说明。
[0190] 图38给出了L01层射频走线轨迹及在L02层地铜箔上回流轨迹的俯视图,图39给出了L01层低频模拟信号走线轨迹及在L02层地铜箔上回流轨迹的俯视图。射频走线11、射频走线111中的射频信号属于高频信号(例如2.4G Wifi射频信号的工作频率为2.4GHz‑2.5GHz、GPS射频信号的工作频率为1.575GHz、LTE射频信号的工作频率为703MHz‑2.7GHz等),而音频信号为低频信号(工作频率为20Hz‑20kHz)。高频模拟信号与高速数字信号类似,它的回流轨迹与信号走线的轨迹投影在相邻层地铜箔的轨迹是相重叠,而不是在同层地线(或地铜箔)或相邻层地铜箔走直线(这个是低频信号的回流轨迹特性),低频信号对回流路径要求,即使回流路径非常远,也不会影响低频信号质量,但射频信号(属于高频信号)的回流路径要求特别高,回流路径非常远,会导致射频信号的S11、VSWR、回波损耗、隔离度等指标变差。
[0191] 继续参阅图38,元件141(例如LTE模组、wifi模组等)和元件148(例如FEM芯片模组等)都设置在L01层,其中,元件141和元件148可以为高频器件,其信号为射频信号(高频信号)。元件141的信号管脚+信号焊盘140在L01层引出一段走线147(例如,可以为射频走线)到元件148(例如FEM芯片模组等)信号管脚+信号焊盘144,走线147有3个折弯处:折弯处a1、折弯处a2、折弯处a3,3个折弯处走线147呈弧形,避免射频信号在3个折弯处走线147中发生反射。射频信号的流向:从元件141的信号管脚+信号焊盘140引出,经L01层走线147流向元件148的信号管脚+信号焊盘144,在L01层走线147中产生电流i22,i22回流到元件148的地管脚+地焊盘149,地管脚+地焊盘149与地孔146连接,地孔146与L02层地铜箔连接,经地过孔146在L02层地铜箔产生反向回流电流i20,最后反向回流电流i20回流至元件141的地管脚+地焊盘142,完成一个闭环回路,反向回流电流i20在L02层的地铜箔轨迹就是走线147的轨迹在L02层的投影。
[0192] 继续参阅图39,L01层的元件141(例如单端MIC)的信号管脚+信号焊盘140引出走线147(例如,可以为低频模拟走线),送至元件148(例如MIC信号处理芯片)的信号管脚+信号焊盘144,送至元件148,在L01层的走线147产生电流i22。其中,元件141和元件148可以为低频模拟器件,其信号为低频信号。元件148的地管脚+地焊盘149经地过孔146与L02层连接,在L02层或L01层产生返向回流电流i21,i21是沿L02层或L01层的地铜箔返回至元件141的地管脚+地焊盘142,如果i21是沿L02层的地铜箔返回至元件141的地管脚+地焊盘142,则还要经地过孔145将元件141的地管脚+地焊盘142与L02层的地铜箔连接。从元件141的地管脚+地焊盘142至元件148的地管脚+地焊盘149,走线147在L02层或L01层的地铜箔的轨迹是呈“直线”形。也就是射频信号(高频信号)与低频信号回流的轨迹是不一样的。以5.8G wifi射频信号为例说明,图38中L01层元件141的地管脚+地焊盘142、信号管脚+信号焊盘140引出走线147传输至L01层元件148的信号管脚+信号焊盘144、地管脚+地焊盘149,在转角位置的走线147呈圆弧形。而走线147的轨迹在L01层投影在L02层地铜箔,刚好对应它在相邻层L02层回流。与图38比较,图39中走线147中传输是低频模拟信号(例如单端的音频信号),低频模拟信号从L01层元件141的地管脚+地焊盘142、信号管脚+信号焊盘140传输至L01层元件148的信号管脚+信号焊盘144、地管脚+地焊盘149时,低频模拟信号在L02层地铜箔上回流轨迹是从L01层元件141的地管脚+地焊盘142到L01层元件148的地管脚+地焊盘149走直线,也就是低频模拟信号在L01层上的轨迹,与L02层地铜箔上回流轨迹不一致。
[0193] 从图38中射频走线回流轨迹和图39中低频模拟信号和回流轨迹比较得知,图25、图26、图27方案中由于射频走线11的回流地铜箔为L02层地铜箔G2,而射频走线111的回流地铜箔为L04层地铜箔G4,而L02层地铜箔G2和L04层地铜箔G4分布在不同的层叠中,它们之间没有直接电气连接,必须通过地孔来进行电气连接。由于地孔340、地孔342靠近设置在无铜箔区338和无铜箔区341之间交汇位置的地铜箔333中,地孔340、地孔342能以最短路径将射频走线111在L04层地铜箔G4反向回流电流切换至L02层地铜箔G2中,不致于L04层地铜箔G4和L02层地铜箔G2回流路径太远,导致回流面积变大,引起向射频走线111、射频走线11中的射频信号发生反射,导致射频信号杂射超标、电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio;VSWR)、S11等参数变差。因此地孔340、地孔342是L02层地铜箔G2、L04层地铜箔G4之间为射频走线111、射频走线11回流轨迹的关键桥接点。
[0194] 可以理解的是,图28和图29中的激光孔961+埋孔960+激光孔964、激光孔965+埋孔962+激光孔963与地孔340、地孔342的作用是一样的,不再重复描述。
[0195] 示例性的,第三接地件(即地铜箔333)、第一射频走线(即射频走线111)和第二射频走线(即射频走线11)中的至少一者背离第二表面(即BOTTOM层的表面)的一侧覆盖有阻焊层(即油墨102、油墨388等),阻焊层可以保护被其覆盖的结构。可以理解的是,阻焊层可以覆盖部分第三接地件、部分第一射频走线或者全部第一射频走线、部分第二射频走线或者全部第二射频走线。第一射频走线包括靠近射频管脚的第一端、靠近防护器件的第一管脚的第二端、以及位于第一端和第二端之间的中间部,金属件覆盖于中间部(例如,图33中射频走线111上设置的锡膏367),第一端和第二端中的至少一者背离第二表面的一侧覆盖有阻焊层(例如,图33中射频走线111上设置的油墨带347和油墨带337)。
[0196] 参阅图25所示,在射频走线111上覆盖有油墨388,油墨388用于保护射频走线111不会被空气氧化而导致电气参数发生变化;在射频走线11上覆盖有油墨102,油墨102用于保护射频走线11不会被空气氧化而导致电气参数发生变化。
[0197] 在一种实施方式中,可以采用埋盲孔方案解决参考地回流换层带来的跨分割问题。
[0198] 参考图28、图29和图30,与图25比较,图30中的方案将图25中的地孔342(通孔)、地孔340(通孔)分别更改为激光孔961+埋孔960+激光孔964、激光孔965+埋孔962+激光孔963,除上述差异之外,图30方案中的其它部分与图25都相同,不再重复描述。
[0199] 图28及图29方案中激光孔965、激光孔961为L01层到L02层的激光孔(又称为盲孔),由于目前激光孔在加工过程只能穿透L01层到L02层3mil左右的厚度,激光孔965、激光孔961只能电连接L01层的地铜箔333与L02层地铜箔G2,无法将L01层的地铜箔333、L04层的地铜箔G4直接电连接,因此还需要在距离激光孔961约0‑5mm位置设置埋孔960(激光孔961可以与埋孔960相切),激光孔961与埋孔960电连接,埋孔960将L02层的地铜箔G2与L03层地铜箔G3电连接,但埋孔960无法将L03层地铜箔G3电连接到L04层地铜箔G4,因此还需要在距离埋孔960约0‑5mm位置设置激光孔964(激光孔964可以与埋孔960相切),激光孔964与埋孔960电连接,激光孔964将L04层的地铜箔G4与L03层地铜箔G3电连接;也就是L01层的地铜箔
333+激光孔961+L02层的地铜箔G2+埋孔960+激光孔964+L04层的地铜箔G4,同样实现了射频信号在L04层地铜箔G4的回流轨迹、L02层地铜箔G2的回流轨迹是连续的,不是断续的(不是绕到远离射频走线111投影在L04层地铜箔G4、射频走线11投影在L02层地铜箔G2的地孔连接)。也就是解决了射频走线111的回流路径(回流在L04层的地铜箔G4)过渡到射频走线
11的回流路径(回流在L02层的地铜箔G2)的不连续问题。
[0200] 在距离激光孔965约0‑5mm位置设置埋孔962(激光孔965可以与埋孔962相切),激光孔965与埋孔962电连接,埋孔962将L02层的地铜箔G2与L03层地铜箔G3电连接,但埋孔962无法将L03层地铜箔G3电连接到L04层地铜箔G4,因此还需要在距离埋孔962约0‑5mm位置设置激光孔963(激光孔963可以与埋孔962相切),激光孔963与埋孔962电连接,激光孔
963将L04层的地铜箔G4与L03层地铜箔G3电连接;也就是L01层的地铜箔333+激光孔965+L02层的地铜箔G2+埋孔962+激光孔963+L04层的地铜箔G4,同样实现了射频信号在L04层地铜箔G4的回流轨迹、L02层地铜箔G2的回流轨迹是连续的,不是断续的(不是绕到远离射频走线111投影在L04层地铜箔G4、射频走线11投影在L02层地铜箔G2的地孔连接)。也就是解决了射频走线111的回流路径(回流在L04层的地铜箔G4)过渡到射频走线11时回流路径(回流在L02层的地铜箔G2)的不连续问题。
[0201] 继续参阅图7、图28、图29、图30所示,射频信号经射频走线11、防护器件10管脚5/焊盘521、射频走线111、SMA‑KWE母座2的射频焊盘113、SMA‑KWE母座2的射频管脚112、外置天线72,产生射频电流i71,同时在外置天线72、SMA‑KWE母座2的地管脚214、地焊盘215、射频走线111在L04层地铜箔G4投影的轨迹位置、激光孔964+埋孔960+激光孔961/激光孔963+埋孔962+激光孔965、射频走线11在L02层地铜箔G2投影的轨迹位置产生反向回流电流i72,也就是激光孔964+埋孔960+激光孔961/激光孔963+埋孔962+激光孔965为射频走线111在L04层地铜箔G4投影的轨迹位置与射频走线11在L02层地铜箔G2投影的轨迹位置之间反向回流电流i72提供了电气方面的桥接作用。
[0202] 示例性的,在射频走线111上覆盖有油墨388,油墨388用于保护射频走线111不会被空气氧化而导致电气参数发生变化;在射频走线11上覆盖有油墨102,油墨102用于保护射频走线11不会被空气氧化而导致电气参数发生变化。
[0203] 以下对本申请实施例提供的50欧的射频走线111回流为L03层地铜箔G3时计算线宽(射频走线11回流仍为L02层地铜箔G2不变)进行说明。
[0204] 图26方案中的射频走线111的回流为L04层地铜箔G4,在射频走线111上覆盖有油墨388,与图26比较,图31方案中的射频走线111的回流为L03层地铜箔G3,图31方案中的射频走线111上的油墨388去掉了,采用露铜方式,这样可以明显减小射频走线111的热阻,由于射频走线111在传输瞬间雷击电流时,会产生大量热量,如果不能及时将热量散发出去,射频走线111容易瞬间烧断,而油墨的热阻非常高,油墨覆盖在射频走线111表面,会导致射频走线111的热阻成线性程度增加。需要说明是,虽然去掉了射频走线111表面的油墨,但需要采用PCB表面处理工艺在射频走线111表面进行化学沉金处理、化学沉银处理,通过化学处理方式在射频走线111表面覆盖一层金、镍、银,可以杜绝射频走线111表面与空气接触,保护射频走线111表面不会被空气氧化,同时金、镍、银都是性能优良导电、导热材料,不仅可以降低射频走线111表面的油墨带来插损问题(略改善射频信号传输性能),还可以降低射频走线111表面的热阻,大大降低射频走线111被雷击电流烧断的风险。
[0205] 以4层板为例进行说明,射频走线111投影在L02层的地铜箔G2轨迹挖空处理,也就是射频走线111的参考地为L03层的地铜箔G3,射频走线111的回流轨迹在L03层的地铜箔G3上,而不是在L02层的地铜箔G2。图32的射频走线111参考L03层的地铜箔G3、并采用SI9000计算得到阻抗值符合射频阻抗控制要求50欧±5欧,此时计算得到L01层射频走线111的线宽约为70mil。其中,如下为图32的示例一对应的各参数值以及通过各参数采用SI9000计算得到阻抗值:
[0206] Substrate 1Height H:38.8mil为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的厚度;
[0207] Substrate 1Dielectric Er1:4.0为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的介电常数;
[0208] Lower Trace Width W1:72.5mil为射频走线111的下部分的线宽;
[0209] Upper Trace Width W2:71.5mil为射频走线111的上部分的线宽;
[0210] Lower Ground Strip Separation D1:40.0mil为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离,也就是对应图24中W12;
[0211] Trace Thickness T1:1.2mil为射频走线111的铜厚;
[0212] Impedance:49.94欧为计算得到阻抗值。
[0213] 采用图32的示例一对应的各参数计算得到50欧阻抗值,射频走线111宽度达72.5mil,线宽已经远远越过图23a方案(常规方案)中计算50.12欧得到线宽6.8mil,图32的示例一方案中射频走线111宽度是图23a方案射频走线111宽度的10.66倍,根据多次雷击测试得到经验数据,表层(例如图24、图31、图32的示例一方案中L01层或L04层)铜厚在
1.2mil、线宽15mil可以泄放1KA浪涌电流,则图24、图31、图32的示例一方案中的射频走线
111约可以承受4.8333KA的浪涌电流,实际需要降规格,也就是可以泄放2.5KA‑3.5KA的浪涌电流,同时要严格控制SMA‑KWE母座2的射频管脚112至防护器件10的焊盘521之间射频走线111的长度,射频走线111的长度越短,泄放通道阻抗越小,射频走线111的长度越短,对射频走线11等后续射频链路影响越小。
[0214] 图32示例一中的参数Lower Ground Strip Separation D1为:40.0mil:40.0mil为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离,也就是图24中对应的W12;与图32的示例一比较,图32的示例二中,参数Lower Ground Strip Separation D1为:20.0mil,20.0mil为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离,也就是图24中对应的W12;此时50欧的单端走线(例如图24、图31中的射频走线111)计算的阻抗为49.95欧,但此时Lower Trace Width W1:62.5mil为射频走线111的下部分的线宽;Upper Trace Width W2:61.5mil为射频走线111的上部分的线宽;在图32的示例一和示例二中,除了参数W1、W2和D1不一样之外,的其它部分参数都一样,不再重复描述。得到结论是,同时是满足50欧的射频走线111,将射频走线
111到同层地线或地铜箔之间距离(例如图24中的W12,对应图32中D1)缩小时,射频走线111的宽度会减小。
[0215] 以下对本申请实施例提供的50欧的射频走线111增加镀锡来增加雷击电流通流能力(射频走线11回流仍为L02层地铜箔G2不变)。
[0216] 与图24比较,图34将图24方案中的射频走线111表层覆盖的油墨388(图25)去掉,同时在射频走线111露铜上方设置了锡膏367(图35),在SMT器件贴片后,回流炉高温处理后,锡膏367会熔化在射频走线111表面,这样相当于只在射频走线111上增加了铜厚,而其它位置走线、地铜箔(例如射频走线11、地铜箔333覆盖有油墨,并没有增加铜厚),这样处理的好处在于,射频走线111的泄放雷击电流的能力会进一步增加,泄放雷击电流的能力大小,与射频走线111厚度成正比关系,主要是由于射频走线111厚度越厚,它的承载电流的能力越强,同时射频走线111厚度越厚,它的热阻越小,散热越快,越不容易烧断。在靠近SMA‑KWE母座2的射频管脚112设置一个油墨带347,避免电路板20背面焊接焊锡进入射频走线111上的焊锡,导致堆锡现象。如果在电路板20背面焊接SMA‑KWE母座2的射频管脚112时,锡量控制适当,也可以不用设置油墨带347。油墨带347可以在两个含锡的位置建立一个隔离带。在防护器件10的焊盘521与含锡的射频走线111之间设置一个油墨带337,油墨带337可以在防护器件10的焊盘521(含锡)、含锡的射频走线111之间建立一个隔离带,避免堆锡现象,同时避免回流炉中,防护器件10的管脚5在防护器件10的焊盘521上发生偏移。图34与图
24的其它部分都一样,不再重复描述。
[0217] 与图25比较,图35将图30中的射频走线111表层覆盖的油墨388去掉,在射频走线111表层设置锡膏367,在射频走线111与SMA‑KWE母座2的射频管脚112连接处设置了油墨带
347,在射频走线111与防护器件10的焊盘521连接处设置了油墨带337,其余地方图35与图
25方案是一样的,不再重复描述。
[0218] 以4层板为例进行说明,射频走线111投影在L02层的地铜箔G2轨迹挖空处理,射频走线111投影在L03层的地铜箔G3轨迹挖空处理,也就是射频走线111的参考地为L04层的地铜箔G4,射频走线111的回流轨迹在L04层的地铜箔G4上,而不是在L02层的地铜箔G2。图33中的射频走线111参考L04层的地铜箔G4、并采用SI9000计算得到阻抗值49.56欧,其符合射频阻抗控制要求50欧±5欧,此时计算得到L01层射频走线111的线宽为105mil。如下为图33对应的各参数值以及通过各参数采用SI9000计算得到阻抗值:
[0219] Substrate 1Height H:60.6mil为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的厚度;
[0220] Substrate 1Dielectric Er1:4.0为射频走线111到参考地铜箔之间绝缘层的介电常数;
[0221] Lower Trace Width W1:105mil为射频走线111的下部分的线宽;
[0222] Upper Trace Width W2:104mil为射频走线111的上部分的线宽;
[0223] Lower Ground Strip Separation D1:40.0mil为射频走线111到同层地线或地铜箔之间距离,也就是对应图24中W12;
[0224] Trace Thickness T1:2.2mil为射频走线111的铜厚,也就是1.2mil铜厚+1mil的锡厚;
[0225] Impedance:49.56欧为计算得到阻抗值。
[0226] 采用图33对应的各参数计算得到50欧阻抗值,射频走线111宽度达105mil,线宽已经远远越过图23方案(常规方案)中计算50.12欧得到线宽6.8mil,图33方案中射频走线111宽度是图23方案射频走线111宽度的15.44倍,且射频走线111厚度也增加了。根据多次雷击测试得到经验数据,表层(例如图24、图33‑图35方案中L01层或L04层)铜厚在2.2mil、线宽10mil可以泄放1KA浪涌电流,则图24、图33‑图35方案中的射频走线111约可以承受10KA的浪涌电流,实际需要降规格,也就是可以泄放7KA‑8KA的浪涌电流,同时要严格控制SMA‑KWE母座2的射频管脚112至防护器件10的焊盘521之间射频走线111的长度,射频走线111的长度越短,泄放通道阻抗越小,射频走线111的长度越短,对射频走线11等后续射频链路影响越小。
[0227] 示例性的,与图30相比,差异在于图36中,L01层中的射频走线111、防护器件10焊盘521与L02层中地铜箔G2之间PP绝缘介质层801为A材料(例如FR‑4),而L01层中的射频走线11与L02层中地铜箔G2之间PP绝缘介质层800为B材料(例如铁氟龙、陶瓷材料),L01层中的射频走线111和射频走线11同时都参考L02层中地铜箔G2,由于A材料和B材料的介电常数不一样,例如,绝缘介质层801的介电常数小于绝缘介质层800的介电常数(例如,相对介电常数)。在满足50欧姆+/‑5欧姆条件,同样可以将射频走线111的线宽设置得远大于射频走线11的线宽,这样就可以在射频走线111中泄放雷击的浪涌电流。
[0228] 结合图23a、图32、图36,举例说明:将射频走线111的油墨388去掉,而射频走线11覆盖有油墨102。表层50欧单端走线(射频走线111)与L02层的地铜箔G2之间的PP厚度为8mil,射频走线111与L02层的地铜箔G2的PP选用A材料,介电常数Er为2.0,铜厚1.2mil,当表层50欧单端走线(射频走线111)的下部分的线宽为25mil、上部分的线宽为24mil时,采用SI9000计算阻抗值为50.09Ω。
[0229] 射频走线11覆盖有油墨102。表层50欧单端走线(射频走线11)与L02层的地铜箔G2之间的PP厚度为8mil,射频走线11与L02层的地铜箔G2的PP选用B材料,介电常数Er为5.0,铜厚1.2mil,射频走线11与同层地铜箔之间无铜箔区的油墨的厚度1.0mil,射频走线11上油墨102的厚度0.4mil,当表层50欧单端走线(射频走线11)的下部分的线宽为9.7mil、上部分的线宽为8.7mil时,采用SI9000计算阻抗值为50.06Ω。
[0230] 射频走线111既要满足50欧姆阻抗要求(避免射频信号反射带来一系列问题),又要满足泄放雷击电流的要求。图36中射频走线111计算得到50欧阻抗值,线宽为24mil,线宽已经远远越过图23a方案(常规方案)中计算50.12欧得到线宽6.8mil,根据多次雷击测试得到经验数据,表层(例如图36中射频走线111)铜厚在1.2mil、线宽15mil可以泄放1KA浪涌电流,则图36中射频走线111约可以承受1.5KA的浪涌电流,实际需要降规格,也就是可以泄放1.4KA的浪涌电流,同时要严格控制射频走线111的长度,射频走线111的长度越短,泄放通道阻抗越小。
[0231] 参见图37,图37中W为表层走线998(例如射频走线111或射频走线11等)的线宽,T为表层走线998的铜厚,H为表层走线998与参考地铜箔997(例如,地铜箔G2)之间的绝缘介质(例如,绝缘介质层800或绝缘介质层801)的厚度。继续参阅图25、图30、图32、图33、图36、图37,所有阻抗的计算都可以根据以下阻抗计算公式来得到表层单端走线阻抗:
[0232]
[0233] 其中:Z0为单端走线阻抗;
[0234] H为走线到参考层的高度(微带线),或者两个参考之间的距离(带状线);
[0235] 尺寸的单位是mil;
[0236] εr为相对介电常数;
[0237] ln为自然对数。
[0238] 通过上述公式可以得知,也就是表层走线998的线宽W越宽,阻抗越小;而表层走线998(例如射频走线111、射频走线11)的到参考地铜箔997之间的绝缘介质的厚度H越小,阻抗越小;相对介电常数εr越大,阻抗越小。利用这个特性来调整射频走线111及射频走线11的线宽W、介电常数εr、铜厚T、表层走线998到参考地铜箔997之间的绝缘介质的厚度H来满足阻抗50欧,让射频走线111既可以在正常条件下传输来自外置天线的射频信号,又可以在雷击条件下,泄放上KA的浪涌电流而不会被烧断。
[0239] 这里需要说明的是,本申请实施例涉及的数值和数值范围为近似值,受制造工艺的影响,可能会存在一定范围的误差,这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。
[0240] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。