En dispositius electrònics-de gamma alta com ara la comunicació 5G, el radar d'ones mil·límetres de conducció autònoma i els interruptors d'alta-velocitat als centres de dades d'IA, les plaques de circuits impresos d'alta freqüència-alta velocitat ja s'han convertit en el portador principal que determina l'estabilitat de la transmissió del senyal del sistema. A diferència de l'ordinariplaques de circuit fr4que només compleixen els requisits bàsics de connexió del circuit, la selecció del materialalta freqüènciai les plaques de circuits impresos d'alta-velocitat determinen directament el control de pèrdues, la precisió de la impedància i la fiabilitat-a llarg termini dels senyals a la banda de freqüència de GHz. Avui descompondrem sistemàticament la lògica clau de la selecció de materials de PCB d'alta freqüència i alta-velocitat des dels indicadors bàsics, la selecció de productes convencionals fins a escenaris d'aplicació típics.
6 indicadors bàsics per a la selecció de material de PCB d'alta freqüència i{1}}alta velocitat
Molts enginyers tendeixen a caure en la concepció errònia de "només mirar la marca i no els paràmetres" a l'hora de seleccionar els materials. De fet, els sis indicadors següents són els criteris bàsics per determinar la compatibilitat del tauler:
1. Constant dielèctrica (Dk) i estabilitat: Aquest és el paràmetre bàsic més fonamental de la xapa d'alta freqüència, que requereix un valor de Dk baix i fluctuacions mínimes de temperatura i freqüència. En escenaris d'alta freqüència, la tolerància Dk s'ha de controlar dins de ± 0,1 per evitar una desviació incontrolable de la velocitat de transmissió del senyal. Per exemple, el tauler Dk of Rogers RO4350B es controla de manera estable a 3,48, amb fluctuacions de menys de ± 2% dins d'un ampli rang de temperatures de -50 graus a 150 graus, complint totalment els durs requisits ambientals del radar del vehicle.
2. Factor de pèrdua dielèctrica (Df): Determina directament la pèrdua d'energia del senyal durant la transmissió. En escenaris d'alta freqüència superiors a 10 GHz, el valor Df s'ha de controlar per sota de 0,005 per evitar el problema d'una atenuació excessiva d'amplitud i una relació insuficient-a-de senyals d'alta freqüència després d'un cablejat de llarga-distància. El Df de la placa FR-4 normal acostuma a ser superior a 0,02, cosa que és completament inadequada per a la transmissió de senyal SerDes d'alta velocitat per sobre de 25 Gbps.
3. Coeficient d'expansió tèrmica (CTE): les plaques de circuits impresos d'alta freqüència-velocitat sovint vénen amb dissenys de coure gruixut de múltiples-capes, i el coeficient d'expansió tèrmica de l'eix Z-de la placa ha de coincidir amb les característiques CTE de la làmina de coure. En cas contrari, els problemes de fallada, com ara la fractura del forat metal·litzat i la desalineació entre capes, són propensos a produir-se durant els processos de soldadura per reflux múltiples. Les plaques d'alta freqüència d'alta qualitat es modificaran mitjançant la tecnologia d'ompliment de ceràmica per controlar el CTE de l'eix Z-en 30 ppm/ grau, millorant considerablement la fiabilitat-a llarg termini de les plaques multi-.
4. Rugositat de la làmina de coure: en la transmissió del senyal d'alta freqüència, l'efecte de la pell farà que el corrent es concentri en una capa molt fina a la superfície de la làmina de coure. L'excés de rugositat de la làmina de coure augmentarà significativament la pèrdua del conductor. Les plaques de circuits impresos d'alta freqüència i alta -velocitat utilitzaran làmina de coure de perfil baix (HVLP) per controlar la rugositat de la superfície dins de 0,2 μm, cosa que pot reduir la pèrdua del conductor en més d'un 30% a la banda de freqüència d'ona mil·limètrica.
5. Taxa d'absorció d'aigua: després d'absorbir l'aigua, la uniformitat de la constant dielèctrica del tauler es canviarà directament, donant lloc a canvis sobtats d'impedància i una major pèrdua de senyal. En escenaris d'alta freqüència, la taxa d'absorció d'aigua de la placa ha de ser inferior al 0,1%. Els materials d'alta freqüència basats en PTFE funcionen molt millor que els substrats de resina epoxi normals en aquest indicador.
6. Conductivitat tèrmica: en escenaris com els amplificadors de RF 5G i les targetes d'acceleració AI, la densitat de flux de calor local de les plaques de circuits impresos d'alta freqüència i -velocitat és extremadament alta, i requereixen un coeficient de conductivitat tèrmica del substrat de 0,8 W/m · K o superior. Alguns escenaris de potència fins i tot requereixen l'ús de plaques d'alta conductivitat tèrmica amb un coeficient de conductivitat tèrmica superior a 2 W/m · K per evitar la deriva del senyal causada pel sobreescalfament local.
Placa de circuits impresos d'embalatge d'alta velocitat -micro nanoxip: especialment adaptada per a escenaris d'integració de senyal digital d'alta freqüència i dispositius optoelectrònics, basant-se en la tecnologia d'embalatge de nivell micro nano per aconseguir una precisió d'interconnexió extremadament alta, amb un rendiment excel·lent en la transmissió de senyal d'alta-velocitat de mòduls òptics de 100G i solucionant el problema de la interconnexió de circuits reflectits i el problema de la placa d'impressió de circuits impresos.
Tauler de bobina de coure de 14 capes de 4 oz de gruix: desenvolupat per als escenaris de càrrega sense fils i mòduls de RF d'alta potència en vehicles d'energia nova, utilitzant un substrat gruixut de coure d'alta freqüència combinat amb tecnologia de pressió mixta per transportar un corrent elevat alhora que garanteix la transmissió de baixes pèrdues de senyals d'alta-freqüència, solucionant el punt de difícil equilibri de la indústria entre senyals d'alta freqüència i alta freqüència.
Tauler multicapa de pressió mixta de Rogers: mitjançant la barreja entre capes de materials d'alta freqüència com el RO4350B amb materials fr4 ordinaris, s'utilitzen substrats d'alta freqüència de baixa pèrdua -a la capa de senyal clau i s'utilitza fr4 d'alta conductivitat tèrmica a les capes de potència i terra. Això redueix significativament el cost global de la placa alhora que garanteix un rendiment d'alta-freqüència, i actualment és la solució de selecció principal per a plaques de RF de macro estacions base 5G.
Lògica de selecció per a àrees d'aplicació típiques
La selecció de materials de PCB d'alta freqüència i{0}}alta velocitat en diferents indústries té enfocaments completament diferents, i com més alt sigui el rendiment de la placa, més adequat serà.
En el camp de la comunicació 5G, les plaques de farciment de ceràmica de la sèrie RO4000 de Rogers són les preferides per a les antenes de l'estació base i els mòduls frontals de RF-per equilibrar l'estabilitat dielèctrica i la compatibilitat de processament; La placa posterior del commutador d'alta-velocitat de 200G/400G al centre de dades utilitzarà substrats d'alta velocitat-Df extremadament baix, com ara Panasonic Megtron 7, amb un enfocament a controlar la pèrdua de transmissió de senyals sèrie per sobre de 25 Gbps.
En el camp de l'electrònica de l'automòbil: el radar d'ona mil·limètrica de 77 GHz ha d'utilitzar plaques d'alta freqüència amb un coeficient de temperatura constant dielèctric inferior a 50 ppm/grau per garantir que el rang de detecció del radar no fluctuï significativament dins del rang de temperatura total del vehicle de -40 graus a 85 graus ; La PCB de la passarel·la d'alta velocitat muntada en el cotxe utilitzarà una placa fr4 d'alta freqüència modificada, que equilibra el cost i la integritat del senyal, alhora que compleix els requisits de fiabilitat dels estàndards d'automoció IATF16949.
En els camps de l'aeroespacial i la defensa, les plaques de circuits impresos d'alta freqüència amb substrat de PTFE són preferides per a equips de comunicació per satèl·lit, embussos de radar i altres escenaris. Mantenen un rendiment dielèctric estable en entorns espacials extrems i resisteixen forts impactes de vibració mitjançant processos especials de reforç entre capes.
En el camp dels instruments mèdics i de prova, les plaques de circuits impresos d'alta freqüència per a bobines de RF MRI, analitzadors d'espectre i altres equips requereixen una uniformitat extremadament alta de la constant dielèctrica. Les plaques d'alta freqüència-importades d'alta freqüència se solen seleccionar per evitar la desviació dels resultats de la prova causada per paràmetres locals desiguals del tauler.
plaques de circuit fr4, PCB d'alta freqüència