He sentit que molts enginyers de maquinari es troben amb una pregunta bàsica durant l'etapa de selecció del projecte: per què hem de triar específicament plaques de circuit de RF per a escenaris de RF d'alta-freqüència, encara que siguin convencionals?plaques de circuit fr4pot completar el cablejat bàsic? Tots dos semblen ser portadors de PCB que porten components electrònics, però en realitat, hi ha diferències essencials en les característiques del material, la lògica del disseny, la precisió del procés i els límits de l'aplicació. L'elecció de la placa equivocada pot provocar una pèrdua de senyal excessiva i cicles prolongats de depuració del projecte, mentre que, en casos greus, pot provocar directament una fallada funcional del producte i fallar les proves de compliment de la indústria.
Diferències fonamentals subjacents: diferenciació integral dels materials al rendiment
1. La lògica de la selecció del substrat és completament diferent
La gran majoria de plaques de circuits convencionals utilitzen substrats de tela de vidre epoxi fr4, que són les plaques d'ús general-més utilitzades a la indústria electrònica. Depenen de la resina epoxi com a agent d'enllaç, amb un baix cost i una gran compatibilitat de processament, adaptant-se totalment a les necessitats de la gran majoria de circuits digitals de baixa-freqüència i circuits analògics ordinaris. Tanmateix, la seva constant dielèctrica (Dk) té poca estabilitat, fluctua molt amb la temperatura i la freqüència i té un alt factor de pèrdua dielèctrica (Df). En escenaris d'alta-freqüència per sobre de 100 MHz, l'energia del senyal disminueix ràpidament, cosa que fa que no pugui satisfer els requisits de transmissió dels senyals de RF.
Les plaques de circuit de RF han d'utilitzar una baixa pèrdua especialitzadaalta freqüènciasubstrats. Actualment, les juntes principals de la indústria es divideixen en tres categories:
(1) Substrat de politetrafluoroetilè (PTFE): els models representatius inclouen la sèrie Rogers RT/duroid 5880 i Taicony TLY, amb una estabilitat constant dielèctrica extremadament forta i baixa pèrdua dielèctrica, dissenyat específicament per a escenaris d'ultra-freqüència d'ones mil·límetres superiors a 2 GHz;
(2) Substrat de farciment ceràmic de resina d'hidrogen de carboni: els models representatius inclouen Rogers RO4350B i Isola I-Tera MT40, que aconsegueixen un excel·lent equilibri entre rendiment, processabilitat i cost. Actualment és la placa de RF principal més utilitzada en els camps de les estacions base 5G i l'electrònica de l'automòbil;
(3) Substrat fr4 d'alt rendiment-modificat: el model representatiu és Isola FR408HR, que optimitza molt els paràmetres Dk/Df en comparació amb el FR-4 normal. El cost és controlable i adequat per a escenaris de RF no centrals sensibles als costos de 2,4 GHz a 6 GHz.
2. Els requisits per al disseny i la precisió del procés varien molt
El disseny bàsic d'una placa de circuit convencional és completar les connexions elèctriques, sempre que s'asseguri que el cablejat estigui encès i apagat i compleixi la capacitat bàsica de transport de corrent. No hi ha cap requisit obligatori per al control d'impedància, i la tolerància per a la tolerància a l'amplada del cablejat i la precisió d'alineació entre capes és alta.
El nucli del disseny de la placa de circuit de RF és la garantia de la integritat del senyal, que requereix un control estricte de la impedància característica de la línia de transmissió durant tot el procés. L'estàndard de la indústria és de 50 Ω o 75 Ω, i el requisit de desviació d'impedància es controla entre ± 2% i ± 3%. Quan es dissenya, cal seguir el principi del "camí de cablejat més curt", mantenir la integritat del pla de terra de referència durant tot el procés i aconseguir blindatge i aïllament mitjançant una connexió a terra densa mitjançant una matriu per evitar fuites de radiació del senyal i diafonia entre el cablejat adjacent. Els requisits de control de la rugositat de la làmina de coure, la tolerància al gruix de la capa dielèctrica i els paràmetres-paràsits del forat durant el procés de producció són extremadament estrictes, i la capacitat de procés de les fàbriques de PCB ordinàries no pot cobrir els estàndards de producció d'aquestes plaques-de gamma alta.
Exemples de productes típics
Productes representatius de plaques de circuit convencionals
Tauler de control industrial de 8 capes fr4 -Tauler de gran alçada: utilitzant un substrat d'alta TG fr4, compatible amb cablejat de coure de 4 Oz de gruix, pot transportar càrregues de corrent elevats en escenaris de control industrial, àmpliament utilitzat en controladors de robots industrials normals i taulers de control domèstics intel·ligents, amb un cost controlable i una forta estabilitat en la producció en massa.
|
|
Placa de circuit de material M6 de 14 capes: pertany a la placa multicapa fr4 d'alt rendiment, que també té una certa capacitat de transmissió de senyal d'alta velocitat. S'utilitza habitualment en el circuit de control principal de les plaques base del servidor d'electrònica de consum i les càmeres de seguretat ordinàries, i és la selecció principal en el camp del circuit digital actual.
|
|
Tauler de control d'electrodomèstics de 4 capes: utilitza un substrat FR-4 de baix cost -, procés senzill, cost de producció en massa extremadament baix, adequat per a les necessitats bàsiques de control dels electrodomèstics i electrònica de consum petita.
Producte representatiu de la placa de circuit de RF
Uniwell Circuits 16 capes RO4350B + RO4450F tauler de forats cecs: utilitzant la tecnologia de voltatge mixt d'alta -freqüència de Rogers, la pila residual es controla dins de 50,8 μm, la precisió d'impedància pot arribar al ± 2%, especialment dissenyada per a 5G Sub-6GHz, amb estació base de sortida de RF d'alta potència, potència d'inserció d'unitats de 4Bm, Menor o igual a 0,4 dB/100 mm;
|
|
Placa RF de PTFE de radar d'ona mil·limètrica per a automoció de 77 GHz: fabricada amb substrat de PTFE, amb rugositat de línia de microstrip Ra Menor o igual a 0,08 μm, desviació d'impedància inferior o igual a ± 2%, mida general controlada dins de 50 mm × 50 mm, complint els requisits antivibracions del vehicle en escenaris 2000 Hz.
|
|
Placa de RF basada en PI de comunicació per satèl·lit: utilitzant un substrat d'alta freqüència de poliimida{0}, el rang de temperatura de treball cobreix -60 graus ~ 125 graus, MTBF (temps mitjà entre errors) superior o igual a 100.000 hores i pot transmetre de manera estable senyals de RF de 15 GHz en entorns espacials extrems.
Àrees d'aplicació
Les plaques de circuit convencionals, amb processos madurs i una rendibilitat{0}}de costos extremadament alta, cobreixen la gran majoria dels escenaris d'ús general-de baixa-freqüència i no RF:
En el camp de l'electrònica de consum: tauler de control d'electrodomèstics normal, part de circuit digital de dispositius portàtils intel·ligents, tauler de control de la llar intel·ligent sense RF
Camp de control industrial: controladors PLC ordinaris, plaques d'accionament de potència per a robots industrials, plaques de processament de senyals de sensors industrials no d'alta precisió
Camp de seguretat del consumidor: tauler de control principal per a càmeres ordinàries, circuit de control no RF per a sistemes de control d'accés
Les plaques de circuit de RF són productes essencials en escenaris d'alta-freqüència, amb aplicacions bàsiques concentrades en àrees que requereixen una qualitat de transmissió de senyal extremadament alta:
Camp de comunicació sense fil: unitat RF de l'estació base 5G/6G, mòdul RF d'encaminador WiFi 7, equip transceptor de comunicació per satèl·lit
Camp d'electrònica per a automòbils: radar d'ona mil·limètrica de 77 GHz, circuit T-BOX RF muntat en vehicle, mòdul de comunicació Bluetooth/5G per a automoció
Camps aeroespacials i de defensa: placa de RF de radar aerotransportat, mòdul de comunicació de míssils, placa de recepció del senyal de navegació per satèl·lit
Camp d'equips mèdics: circuit de transmissió de senyals per a la placa de bobina de RF de ressonància magnètica i equips de teràpia d'alta -freqüència
Suggeriments pràctics del sector de la selecció
No perseguiu cegament "plaques d'alt rendiment": si la freqüència de funcionament del vostre projecte és inferior a 100 MHz i no hi ha requisits estrictes de control d'impedància, utilitzar una placa de circuit fr4 normal pot satisfer completament les vostres necessitats. Escollir amb força plaques d'alta freqüència de PTFE només augmentarà els costos entre 3 i 5 vegades i no tindrà cap valor pràctic;
No utilitzeu fr4 normal per "inventar els números" en escenaris de RF: molts enginyers intenten utilitzar fr4 normals en lloc de plaques d'alta-freqüència en projectes de RF superiors a 2 GHz per tal de reduir costos. No obstant això, en última instància, això condueix a problemes com ara una pèrdua excessiva de senyal, una distància de comunicació insuficient i una interferència harmònica, que poden augmentar significativament el cost global de depuració del projecte i fins i tot fallar les proves de certificació.
plaques de circuit fr4, alta freqüència