În dispozitivele electronice de ultimă generație, cum ar fi comunicațiile 5G, radarul cu undă milimetrică cu condus autonom și comutatoarele cu viteză mare-în centrele de date AI, plăcile de circuite imprimate cu frecvență mare-viteză mare au devenit deja purtătorul de bază care determină stabilitatea transmisiei semnalului sistemului. Spre deosebire de obișnuitfr4 plăci de circuitecare îndeplinesc numai cerințele de bază de conectare a circuitului, selecția materialuluifrecventa inaltași plăcile de circuite imprimate de mare-viteză determină direct controlul pierderilor, acuratețea impedanței și fiabilitatea-pe termen lung a semnalelor în banda de frecvență GHz. Astăzi, vom descompune în mod sistematic logica cheie a selecției materialelor PCB de înaltă frecvență și{3}}viteză mare, de la indicatorii de bază, selecția principală a produselor până la scenarii tipice de aplicație.
6 indicatori de bază pentru selecția materialelor PCB de înaltă frecvență și{1}}viteză mare
Mulți ingineri tind să cadă în concepția greșită de „se uită doar la marcă și nu la parametri” atunci când selectează materiale. De fapt, următorii șase indicatori sunt criteriile de bază pentru a determina compatibilitatea plăcii:
1. Constanta dielectrică (Dk) și stabilitate: Acesta este cel mai fundamental parametru central al tablei de înaltă frecvență, care necesită o valoare Dk scăzută și fluctuații minime ale temperaturii și frecvenței. În scenariile de înaltă frecvență, toleranța Dk trebuie controlată cu ± 0,1 pentru a evita deviația necontrolată a vitezei de transmisie a semnalului. De exemplu, placa Dk of Rogers RO4350B este controlată stabil la 3,48, cu fluctuații mai mici de ± 2% într-un interval larg de temperatură de la -50 grade până la 150 grade, îndeplinind pe deplin cerințele dure de mediu ale radarului vehiculului.
2. Factor de pierdere dielectrică (Df): Determină direct pierderea de energie a semnalului în timpul transmisiei. În scenariile de înaltă frecvență peste 10GHz, valoarea Df trebuie controlată sub 0,005 pentru a evita problema atenuării excesive a amplitudinii și a raportului semnal-la- insuficientă semnal-la-zgomot al semnalelor de înaltă frecvență după cablarea-la distanță lungă. Df-ul plăcii FR-4 obișnuite este de obicei peste 0,02, ceea ce este complet nepotrivit pentru transmisia de semnal SerDes de mare viteză peste 25 Gbps.
3. Potrivirea coeficientului de expansiune termică (CTE): plăcile de circuite imprimate de înaltă frecvență-viteză mare vin adesea cu modele de cupru groase cu mai multe-strat, iar coeficientul de dilatare termică a axei Z- al plăcii trebuie să se potrivească cu caracteristicile CTE ale foliei de cupru. În caz contrar, problemele de defecțiune, cum ar fi ruptura găurii metalizate și alinierea greșită a stratului intermediar sunt predispuse să apară în timpul proceselor multiple de lipire prin reflow. Plăcile de înaltă frecvență de înaltă calitate vor fi modificate prin tehnologia de umplere cu ceramică pentru a controla CTE axa Z-în 30 ppm/grad, îmbunătățind considerabil fiabilitatea-pe termen lung a plăcilor cu mai multe straturi.
4. Rugozitatea foliei de cupru: În transmisia semnalului de înaltă frecvență, efectul pielii va determina concentrarea curentului pe un strat foarte subțire de pe suprafața foliei de cupru. Rugozitatea excesivă a foliei de cupru va crește semnificativ pierderea conductorului. Plăcile cu circuite imprimate de înaltă frecvență și viteză-înaltă vor folosi folie de cupru cu profil redus (HVLP) pentru a controla rugozitatea suprafeței în termen de 0,2 μm, ceea ce poate reduce pierderea conductorului cu mai mult de 30% în banda de frecvență a undelor milimetrice.
5. Rata de absorbție a apei: După absorbția apei, uniformitatea constantei dielectrice a plăcii va fi schimbată direct, rezultând schimbări bruște de impedanță și pierderi de semnal crescute. În scenariile de înaltă frecvență, rata de absorbție a apei a plăcii trebuie să fie mai mică de 0,1%. Materialele pe bază de PTFE de înaltă frecvență funcționează mult mai bine decât substraturile obișnuite din rășini epoxidice în acest indicator.
6. Conductivitate termică: în scenarii precum amplificatoare 5G RF și carduri de accelerare AI, densitatea fluxului de căldură local a plăcilor de circuite imprimate de înaltă frecvență și viteză mare-este extrem de mare, necesitând un coeficient de conductivitate termică a substratului de 0,8 W/m · K sau mai mare. Unele scenarii de putere necesită chiar utilizarea plăcilor cu conductivitate termică ridicată cu un coeficient de conductivitate termică care depășește 2W/m · K pentru a evita deviația semnalului cauzată de supraîncălzirea locală.
Placă de circuite imprimate cu micro-chip{0}}de mare viteză: adaptată special pentru scenarii de integrare a semnalului digital de înaltă frecvență și a dispozitivelor optoelectronice, bazându-se pe tehnologia de ambalare la nivel micro nano pentru a obține o precizie de interconectare extrem de ridicată, performanță excelentă în transmisia de semnal-de mare viteză a modulelor optice de 100G și rezolvând problema interconectarii circuitelor optice și a circuitelor de imprimare reflectate.
Placă cu bobină de cupru grosime de 14 straturi de 4 oz: dezvoltată pentru scenariile de încărcare fără fir și module RF de-putere mare în vehicule cu energie noi, folosind substrat gros de cupru de înaltă frecvență combinat cu tehnologie de presiune mixtă pentru a transporta un curent ridicat, asigurând în același timp pierderi reduse de transmitere a semnalelor de-frecvență înaltă, rezolvând punctul dificil al industriei de echilibru dintre semnalele de înaltă frecvență și de înaltă frecvență.
Placă multistrat cu presiune mixtă Rogers: prin amestecarea între straturi a materialelor de înaltă frecvență, cum ar fi RO4350B cu materiale fr4 obișnuite, substraturile cu pierderi reduse de frecvență-înaltă sunt utilizate în stratul de semnal cheie, iar conductivitatea termică ridicată fr4 este utilizată în straturile de putere și de masă. Acest lucru reduce semnificativ costul total al plăcii, asigurând în același timp performanță de-frecvență înaltă și este în prezent soluția de selecție principală pentru plăcile RF pentru stații de bază macro 5G.
Logica de selecție pentru zonele de aplicare tipice
Selecția de materiale PCB de înaltă frecvență și{0}}viteză mare în diferite industrii are obiective complet diferite și, cu cât performanța plăcii este mai mare, cu atât este mai potrivită
În domeniul comunicațiilor 5G, plăcile de umplutură ceramice din seria Rogers RO4000 sunt preferate pentru antenele stației de bază și modulele front-RF pentru a echilibra stabilitatea dielectrică și compatibilitatea de procesare; Backplane-ul comutatorului de mare-viteză 200G/400G din centrul de date va folosi substraturi cu viteză mare-Df extrem de scăzută, cum ar fi Panasonic Megtron 7, cu accent pe controlul pierderii de transmisie a semnalelor seriale peste 25 Gbps.
În domeniul electronicii auto: radarul cu unde milimetrice de 77 GHz trebuie să utilizeze plăci de înaltă frecvență cu un coeficient de temperatură constantă dielectrică mai mic de 50 ppm/grad pentru a se asigura că intervalul de detectare a radarului nu fluctuează semnificativ în intervalul complet de temperatură al vehiculului de -40 grade până la 85 grade ; PCB-ul gateway-ului de mare viteză montat pe mașină va folosi o placă fr4 de înaltă frecvență modificată, care echilibrează costul și integritatea semnalului, îndeplinind în același timp cerințele de fiabilitate ale standardelor auto IATF16949.
În domeniul aerospațial și al apărării, plăcile de circuite imprimate de înaltă frecvență cu substrat PTFE sunt preferate pentru echipamentele de comunicații prin satelit, bruiaj radar și alte scenarii. Ele mențin performanța dielectrică stabilă în medii spațiale extreme și rezistă la impacturi puternice de vibrații prin procese speciale de armare interstrat.
În domeniul instrumentelor medicale și de testare, plăcile de circuite imprimate de înaltă frecvență pentru bobinele RMN RF, analizoarele de spectru și alte echipamente necesită o uniformitate extrem de ridicată a constantei dielectrice. Plăcile cu frecvență înaltă-de înaltă importate sunt de obicei selectate pentru a evita abaterea rezultatului testului cauzată de parametrii locali neuniformi ai plăcii.
Plăci de circuite fr4, PCB de înaltă frecvență