Am auzit că mulți ingineri hardware se confruntă cu o întrebare de bază în timpul etapei de selecție a proiectului: de ce trebuie să alegem în mod special plăci de circuite RF pentru scenariile RF de-înaltă frecvență, chiar dacă sunt convenționalefr4 plăci de circuitepoate finaliza cablarea de bază? Ambele par a fi purtători de PCB care transportă componente electronice, dar, în realitate, există diferențe esențiale în ceea ce privește caracteristicile materialelor, logica de proiectare, acuratețea procesului și limitele aplicațiilor. Alegerea unei plăci greșite poate duce la pierderi excesive de semnal și cicluri prelungite de depanare a proiectelor, în timp ce, în cazuri severe, poate cauza în mod direct defecțiuni funcționale ale produsului și eșuează testele de conformitate din industrie.
Diferențele fundamentale subiacente: diferențierea completă de la materiale la performanță
1. Logica selecției substratului este complet diferită
Marea majoritate a plăcilor de circuite convenționale utilizează substraturi din pânză de sticlă epoxidică fr4, care sunt cele mai utilizate plăci de uz general-în industria electronică. Acestea se bazează pe rășina epoxidică ca agent de lipire, cu costuri reduse și compatibilitate puternică cu procesarea, adaptându-se complet la nevoile marii majorități a circuitelor digitale de frecvență joasă-și circuitelor analogice obișnuite. Cu toate acestea, constanta sa dielectrică (Dk) are o stabilitate slabă, fluctuează foarte mult cu temperatura și frecvența și are un factor de pierdere dielectric (Df) ridicat. În scenariile de-frecvență înaltă peste 100MHz, energia semnalului scade rapid, făcându-l incapabil să îndeplinească cerințele de transmisie ale semnalelor RF.
Plăcile de circuite RF trebuie să utilizeze pierderi reduse specializatefrecventa inaltasubstraturi. În prezent, plăcile principale din industrie sunt împărțite în trei categorii:
(1) Substrat din politetrafluoretilenă (PTFE): modelele reprezentative includ seria Rogers RT/duroid 5880 și Taicony TLY, cu stabilitate constantă dielectrică extrem de puternică și pierderi dielectrice reduse, concepute special pentru scenarii cu unde milimetrice de ultra-frecvență de peste 2 GHz;
(2) Substrat ceramic de umplere cu rășină hidrogen carbonică: modelele reprezentative includ Rogers RO4350B și Isola I-Tera MT40, care realizează un echilibru excelent între performanță, procesabilitate și cost. În prezent, este cea mai utilizată placă RF mainstream în domeniul stațiilor de bază 5G și al electronicii auto;
(3) Substrat fr4 de înaltă performanță modificat: modelul reprezentativ este Isola FR408HR, care optimizează foarte mult parametrii Dk/Df în comparație cu FR-4 obișnuit. Costul este controlabil și potrivit pentru scenarii RF non-core sensibile la costuri de la 2,4GHz la 6GHz.
2. Cerințele pentru proiectare și acuratețea procesului variază foarte mult
Proiectarea de bază a unei plăci de circuite convenționale este de a finaliza conexiunile electrice, atâta timp cât cablarea este asigurată a fi pornit și oprit și îndeplinește capacitatea de curent de bază. Nu există o cerință obligatorie pentru controlul impedanței, iar toleranța pentru toleranța lățimii cablajului și precizia alinierii interstraturilor este mare.
Miezul designului plăcii de circuite RF este asigurarea integrității semnalului, care necesită un control strict al impedanței caracteristice a liniei de transmisie pe parcursul întregului proces. Standardul industrial este de 50 Ω sau 75 Ω, iar cerința de abatere a impedanței este controlată între ± 2% și ± 3%. La proiectare, este necesar să se urmeze principiul „cea mai scurtă cale de cablare”, să se mențină integritatea planului de masă de referință pe tot parcursul procesului și să se realizeze ecranare și izolație printr-o împământare densă prin matrice pentru a evita scurgerea radiației semnalului și diafonia între cablajul adiacent. Cerințele de control pentru rugozitatea foliei de cupru, toleranța la grosimea stratului dielectric și parametrii paraziți prin-gauri în timpul procesului de producție sunt extrem de stricte, iar capacitatea de proces a fabricilor de pcb-uri obișnuite nu poate acoperi standardele de producție pentru astfel de plăci-de înaltă calitate.
Exemple tipice de produse
Produse reprezentative ale plăcilor de circuite convenționale
Placă de control industrială cu 8 straturi fr4 -Placă mare-: folosind un substrat TG fr4 înalt, care suportă cabluri de cupru groase de 4Oz, poate transporta sarcini de curent ridicate în scenarii de control industrial, utilizat pe scară largă în controlerele roboților industriali obișnuiți și plăcile de control pentru casă inteligentă, cu cost controlabil și stabilitate puternică în producția de masă.
|
|
Placă de circuite cu material M6 cu 14 straturi: aparține plăcii multistrat fr4 de-performanță înaltă, care are și o anumită capacitate de transmitere a semnalului-de mare viteză. Este folosit în mod obișnuit în circuitul de control principal al plăcilor de bază pentru servere electronice de consum și al camerelor de securitate obișnuite și este selecția principală în domeniul circuitului digital curent.
|
|
Placă de control obișnuită pentru electrocasnice cu 4 straturi: folosind substrat FR-4 cu cost redus-, proces simplu, cost de producție în masă extrem de scăzut, potrivit pentru nevoile de control de bază ale electrocasnicelor și electronicelor de larg consum.
Produs reprezentativ pentru placa de circuite RF
Uniwell Circuits 16 straturi RO4350B+RO4450F placa cu orificii oarbe: folosind tehnologia Rogers de înaltă frecvență de tensiune mixtă, grămada reziduală este controlată în 50,8 μm, precizia impedanței poate ajunge la ± 2%, special concepută pentru 5G Sub-6GHz, cu putere de ieșire RF de 4Bm, stație de bază inserată de 3Bm. Mai mic sau egal cu 0,4 dB/100 mm;
|
|
Placă RF PTFE pentru radar cu undă milimetrică pentru automobile de 77 GHz: Fabricat din substrat PTFE, cu rugozitatea liniei de microbandă Ra Mai mică sau egală cu 0,08 μm, abatere de impedanță Mai mică sau egală cu ± 2%, dimensiune totală controlată în 50 mm × 50 mm, îndeplinind cerințele antivibrații ale vehiculului în scenariile 2000 Hz.
|
|
Placă RF bazată pe PI pentru comunicații prin satelit: folosind un substrat de frecvență înaltă de poliimidă, intervalul de temperatură de lucru acoperă -60 grade ~ 125 grade, MTBF (timpul mediu între defecțiuni) mai mare sau egal cu 100000 de ore și poate transmite în mod stabil semnale RF de 15GHz în medii spațiale extreme.
Domenii de aplicare
Plăcile de circuite convenționale, cu procese mature și cost{0}}eficiență extrem de ridicată, acoperă marea majoritate a scenariilor de-frecvență joasă, fără RF-general:
În domeniul electronicelor de larg consum: placă de control obișnuită a aparatelor de uz casnic, parte a circuitului digital a dispozitivelor inteligente portabile, placă de control pentru casă inteligentă fără RF
Domeniu de control industrial: controlere PLC obișnuite, plăci de acționare a puterii pentru roboți industriali, plăci de procesare a semnalului cu senzori industriali fără precizie
Domeniul securității consumatorilor: placă de control principală pentru camere obișnuite, circuit de control fără RF pentru sistemele de control al accesului
Plăcile de circuite RF sunt produse esențiale în scenarii de-frecvență înaltă, cu aplicații de bază concentrate în zonele care necesită o calitate extrem de ridicată a transmisiei semnalului:
Câmp de comunicare fără fir: unitate RF stație de bază 5G/6G, modul RF router WiFi 7, echipament transceiver de comunicații prin satelit
Domeniu electronică auto: radar cu unde milimetrice de 77 GHz, circuit T-BOX RF montat pe vehicul, modul de comunicare Bluetooth/5G de calitate auto
Domenii aerospațiale și de apărare: placă RF radar aeropurtat, modul de comunicație cu rachete, placă de recepție a semnalului de navigație prin satelit
Domeniul echipamentelor medicale: circuit de transmisie a semnalului pentru placa de bobină RF cu rezonanță magnetică și echipamente de terapie cu frecvență înaltă-
Sugestii practice ale industriei de selecție
Nu urmăriți orbește „plăci de înaltă performanță”: dacă frecvența de operare a proiectului dumneavoastră este sub 100MHz și nu există cerințe stricte de control al impedanței, utilizarea unei plăci de circuite fr4 obișnuite vă poate satisface pe deplin nevoile. Alegerea cu forță a plăcilor de înaltă frecvență PTFE va crește costurile doar de 3-5 ori și nu va avea valoare practică;
Nu utilizați fr4 obișnuit pentru a „inventa numerele” în scenariile RF: mulți ingineri încearcă să folosească fr4 obișnuit în loc de plăci de frecvență înaltă-în proiecte RF de peste 2 GHz, pentru a reduce costurile. Cu toate acestea, acest lucru duce în cele din urmă la probleme precum pierderea excesivă a semnalului, distanța de comunicare insuficientă și interferența armonică, care pot crește semnificativ costul total de depanare a proiectului și chiar eșuează testarea de certificare.
Plăci de circuite fr4, de înaltă frecvență