U vrhunskim-elektroničkim uređajima kao što su 5G komunikacija, autonomni radar milimetarskih valova i brzi-prekidači u podatkovnim centrima umjetne inteligencije, visokofrekventne-brze tiskane pločice već su postale glavni nosač koji određuje stabilnost prijenosa signala sustava. Za razliku od običnihfr4 strujne pločekoji ispunjavaju samo osnovne zahtjeve za spajanje strujnog kruga, odabir materijalavisoka frekvencijai velike{0}}brze tiskane ploče izravno određuju kontrolu gubitaka, točnost impedancije i dugoročnu-pouzdanost signala u GHz frekvencijskom pojasu. Danas ćemo sustavno raščlaniti ključnu logiku visokofrekventnog i-brzog odabira PCB materijala od ključnih pokazatelja, glavnog odabira proizvoda do tipičnih scenarija primjene.
6 osnovnih pokazatelja za odabir materijala za visokofrekventne i-brze tiskane ploče
Mnogi inženjeri skloni su upasti u zabludu da "gledaju samo marku, a ne parametre" pri odabiru materijala. Zapravo, sljedećih šest pokazatelja ključni su kriteriji za određivanje kompatibilnosti ploče:
1. Dielektrična konstanta (Dk) i stabilnost: Ovo je najosnovniji parametar jezgre visokofrekventnog lima, koji zahtijeva nisku vrijednost Dk i minimalne fluktuacije s temperaturom i frekvencijom. U visokofrekventnim scenarijima, Dk toleranciju treba kontrolirati unutar ± 0,1 kako bi se izbjeglo nekontrolirano odstupanje brzine prijenosa signala. Na primjer, ploča Dk Rogers RO4350B stabilno je kontrolirana na 3,48, s fluktuacijama manjim od ± 2% unutar širokog temperaturnog raspona od -50 stupnjeva do 150 stupnjeva, u potpunosti ispunjavajući oštre zahtjeve radara vozila za okoliš.
2. Dielektrični faktor gubitka (Df): Izravno određuje gubitak energije signala tijekom prijenosa. U visokofrekventnim scenarijima iznad 10 GHz, vrijednost Df treba kontrolirati ispod 0,005 kako bi se izbjegao problem pretjerane atenuacije amplitude i nedovoljnog omjera-na-šumu visokofrekventnih signala nakon-ožičenja na velikim udaljenostima. Df obične FR-4 ploče obično je iznad 0,02, što je potpuno neprikladno za prijenos SerDes signala velike brzine iznad 25 Gbps.
3. Usklađivanje koeficijenta toplinskog širenja (CTE): visokofrekventne -brze tiskane pločice često dolaze s više-slojnim debelim bakrenim dizajnom, a koeficijent toplinskog širenja Z-osi ploče treba odgovarati CTE karakteristikama bakrene folije. U suprotnom, problemi s kvarovima kao što su lom metalizirane rupe i neusklađenost međusloja skloni su pojavi tijekom višestrukih procesa lemljenja reflowom. Visokokvalitetne visokofrekventne ploče modificirat će se tehnologijom keramičkog punjenja za kontrolu CTE-a Z-osi unutar 30ppm/stupanj, uvelike poboljšavajući dugoročnu-pouzdanost više-slojnih ploča.
4. Hrapavost bakrene folije: U visokofrekventnom prijenosu signala, skin efekt će uzrokovati koncentriranje struje na vrlo tankom sloju na površini bakrene folije. Pretjerana hrapavost bakrene folije značajno će povećati gubitak vodiča. Vrhunske visokofrekventne i -brze tiskane ploče koristit će bakrenu foliju niskog profila (HVLP) za kontrolu hrapavosti površine unutar 0,2 μm, što može smanjiti gubitak vodiča za više od 30% u frekvencijskom pojasu milimetarskih valova.
5. Stopa upijanja vode: Nakon upijanja vode, ravnomjernost dielektrične konstante ploče će se izravno promijeniti, što će rezultirati naglim promjenama impedancije i povećanim gubitkom signala. U scenarijima visoke frekvencije, stopa upijanja vode ploče mora biti manja od 0,1%. Visokofrekventni materijali temeljeni na PTFE-u imaju mnogo bolje rezultate od običnih supstrata od epoksidne smole u ovom pokazatelju.
6. Toplinska vodljivost: U scenarijima kao što su 5G RF pojačala i kartice za ubrzanje umjetne inteligencije, lokalna gustoća toplinskog toka visokofrekventnih i -brzih tiskanih ploča je izuzetno visoka, zahtijevajući koeficijent toplinske vodljivosti podloge od 0,8 W/m · K ili veći. Neki scenariji napajanja čak zahtijevaju upotrebu ploča visoke toplinske vodljivosti s koeficijentom toplinske vodljivosti većim od 2W/m·K kako bi se izbjeglo pomicanje signala uzrokovano lokalnim pregrijavanjem.
Ploča tiskanih pločica visoke{0}}brze pakiranja mikro nano čipova: posebno prilagođena scenarijima integracije visokofrekventnih digitalnih signala i optoelektroničkih uređaja, oslanjajući se na tehnologiju pakiranja mikro nano razine kako bi se postigla iznimno visoka točnost međusobnog povezivanja, izvrsna izvedba u-brzinom prijenosu signala 100G optičkih modula i rješavanje problema refleksije signala na međusobnom povezivanju optičkih čipova i tiskane ploče.
14 slojeva ploča s bakrenom zavojnicom debljine 4oz: razvijena za scenarije bežičnog punjenja i RF modula velike-snage u vozilima s novom energijom, koristeći debelu bakrenu visokofrekventnu podlogu u kombinaciji s tehnologijom miješanog tlaka za prijenos velike struje uz osiguravanje prijenosa visokih-frekventnih signala s malim gubicima, rješavajući industrijsku bolnu točku teške ravnoteže između visoke struje i visoko-frekventnih signala.
Rogersova mješovita tlačna višeslojna ploča: međuslojnim miješanjem visokofrekventnih materijala kao što je RO4350B s običnim fr4 materijalima, visokofrekventni supstrati s niskim gubicima koriste se u sloju ključnog signala, a visoka toplinska vodljivost fr4 koristi se u slojevima napajanja i uzemljenja. Ovo značajno smanjuje ukupne troškove ploče, a istovremeno osigurava visoke-frekventne performanse, i trenutno je glavno rješenje za odabir RF ploča 5G makro baznih stanica.
Logika odabira za tipična područja primjene
Odabir visokofrekventnih i -brzih PCB materijala u različitim industrijama ima potpuno različite fokuse, a što je veća izvedba ploče, to je prikladnija
U području 5G komunikacije, Rogers RO4000 serije keramičkih ploča za punjenje preferiraju se za antene baznih stanica i RF prednje-module za ravnotežu dielektrične stabilnosti i kompatibilnosti obrade; 200G/400G velika{5}}sklopna ploča u podatkovnom centru koristit će izuzetno niske Df-podloge velike brzine kao što je Panasonic Megtron 7, s fokusom na kontrolu gubitka prijenosa serijskih signala iznad 25Gbps.
U području automobilske elektronike: radar milimetarskih valova od 77 GHz mora koristiti visokofrekventne ploče s temperaturnim koeficijentom dielektrične konstante manjim od 50 ppm/stupanj kako bi se osiguralo da raspon detekcije radara ne fluktuira značajno unutar punog raspona temperature vozila od -40 stupnjeva do 85 stupnjeva ; PCB pristupnika velike brzine montiranog u automobilu koristit će modificiranu fr4 ploču visoke frekvencije, koja uravnotežuje cijenu i integritet signala, a istovremeno ispunjava zahtjeve pouzdanosti IATF16949 automobilskih standarda.
U područjima zrakoplovstva i obrane, visokofrekventne tiskane ploče s PTFE supstratom preferiraju se za satelitsku komunikacijsku opremu, ometače radara i druge scenarije. Održavaju stabilnu dielektričnu izvedbu u ekstremnim svemirskim okruženjima i otporni su na jake udare vibracija kroz posebne postupke ojačanja međuslojeva.
U području medicinskih i ispitnih instrumenata, visokofrekventne tiskane pločice za MRI RF zavojnice, analizatore spektra i drugu opremu zahtijevaju izuzetno visoku ujednačenost dielektrične konstante. Uvezene high{1}}ploče visoke frekvencije obično se odabiru kako bi se izbjeglo odstupanje rezultata ispitivanja uzrokovano neujednačenim lokalnim parametrima ploče.
fr4 sklopne ploče, visokofrekventni PCB