Vo špičkových{0}}elektronických zariadeniach, ako je napríklad komunikácia 5G, autonómny radar s milimetrovými vlnami a vysokorýchlostné{2}}prepínače v dátových centrách AI, sa vysokofrekvenčné vysokorýchlostné{3}}dosky plošných spojov už stali hlavným nosičom, ktorý určuje stabilitu prenosu signálov systému. Na rozdiel od bežnýchdosky plošných spojov fr4ktoré spĺňajú len základné požiadavky na pripojenie obvodu, výber materiáluvysoká frekvenciaa vysokorýchlostné -dosky plošných spojov priamo určujú kontrolu straty, presnosť impedancie a dlhodobú{1}}spoľahlivosť signálov vo frekvenčnom pásme GHz. Dnes systematicky rozoberieme kľúčovú logiku vysokofrekvenčného a vysokorýchlostného výberu materiálu PCB-od základných indikátorov, výberu bežných produktov až po typické scenáre aplikácie.
6 základných indikátorov pre vysokofrekvenčný a{1}}rýchlostný výber materiálu PCB
Mnoho inžinierov má tendenciu pri výbere materiálov upadnúť do mylnej predstavy „pozerať sa len na značku a nie na parametre“. V skutočnosti je základným kritériom na určenie kompatibility dosky týchto šesť ukazovateľov:
1. Dielektrická konštanta (Dk) a stabilita: Toto je najzákladnejší kľúčový parameter vysokofrekvenčného plechu, ktorý vyžaduje nízku hodnotu Dk a minimálne kolísanie teploty a frekvencie. Vo vysokofrekvenčných scenároch by mala byť tolerancia Dk kontrolovaná v rozmedzí ± 0,1, aby sa zabránilo nekontrolovateľnej odchýlke rýchlosti prenosu signálu. Napríklad doska Dk Rogers RO4350B je stabilne riadená na 3,48 s kolísaním menším ako ± 2 % v širokom rozsahu teplôt od -50 stupňov do 150 stupňov, čo plne spĺňa náročné environmentálne požiadavky na radary vozidiel.
2. Faktor dielektrickej straty (Df): Priamo určuje stratu energie signálu počas prenosu. Vo vysokofrekvenčných scenároch nad 10 GHz je potrebné regulovať hodnotu Df pod 0,005, aby sa predišlo problémom s nadmerným amplitúdovým útlmom a nedostatočným odstupom signálu od -k{5}}šumu vysokofrekvenčných signálov po dlhých-kábloch. Df bežnej dosky FR{10}}4 je zvyčajne nad 0,02, čo je úplne nevhodné na vysokorýchlostný prenos signálu SerDes nad 25 Gb/s.
3. Zhoda koeficientu tepelnej rozťažnosti (CTE): Vysokofrekvenčné vysokorýchlostné -dosky s plošnými spojmi sa často dodávajú s viacvrstvovým hrubým medeným dizajnom a koeficient tepelnej rozťažnosti dosky Z- musí zodpovedať charakteristikám CTE medenej fólie. V opačnom prípade sú problémy so zlyhaním, ako je zlomenina metalizovaného otvoru a nesúososť medzivrstvy, náchylné na výskyt počas viacerých procesov spájkovania pretavením. Vysokokvalitné vysokofrekvenčné dosky budú upravené pomocou technológie keramickej výplne, aby bolo možné ovládať CTE osi Z v rámci 30 ppm/stupeň, čím sa výrazne zlepší dlhodobá-spoľahlivosť viacvrstvových dosiek.
4. Drsnosť medenej fólie: Pri vysokofrekvenčnom prenose signálu spôsobí kožný efekt sústredenie prúdu na veľmi tenkú vrstvu na povrchu medenej fólie. Nadmerná drsnosť medenej fólie výrazne zvýši stratu vodiča. Špičkové vysokofrekvenčné a-rýchlostné dosky plošných spojov budú používať nízkoprofilovú medenú fóliu (HVLP) na kontrolu drsnosti povrchu do 0,2 μm, čo môže znížiť stratu vodiča o viac ako 30 % vo frekvenčnom pásme milimetrových vĺn.
5. Miera absorpcie vody: Po absorpcii vody sa rovnorodosť dielektrickej konštanty dosky priamo zmení, čo má za následok náhle zmeny impedancie a zvýšenú stratu signálu. Vo vysokofrekvenčných scenároch sa vyžaduje, aby miera absorpcie vody dosky bola menšia ako 0,1 %. Vysokofrekvenčné materiály na báze PTFE sú v tomto ukazovateli oveľa lepšie ako bežné substráty z epoxidovej živice.
6. Tepelná vodivosť: V scenároch, ako sú 5G RF zosilňovače a akceleračné karty AI, je hustota lokálneho tepelného toku vysokofrekvenčných a vysokorýchlostných dosiek plošných spojov extrémne vysoká, čo si vyžaduje koeficient tepelnej vodivosti substrátu 0,8 W/m · K alebo vyšší. Niektoré výkonové scenáre dokonca vyžadujú použitie dosiek s vysokou tepelnou vodivosťou s koeficientom tepelnej vodivosti presahujúcim 2 W/m · K, aby sa zabránilo posunu signálu spôsobenému lokálnym prehriatím.
Vysokorýchlostná doska s plošnými spojmi na balenie mikro nano čipov: špeciálne prispôsobená pre scenáre integrácie vysokofrekvenčného digitálneho signálu a optoelektronických zariadení, spoliehajúca sa na technológiu balenia na mikronano úrovni na dosiahnutie extrémne vysokej presnosti prepojenia, vynikajúce výkony pri vysokorýchlostnom{1}}prenose signálu 100G optických modulov a riešenie problému odrazu signálu pri prepojení medzi optickými čipmi a doskami plošných spojov.
14-vrstvová 4oz hrubá medená cievková doska: vyvinutá pre scenáre bezdrôtového nabíjania a vysokovýkonných RF modulov v nových energetických vozidlách, pričom využíva hrubý medený vysokofrekvenčný substrát v kombinácii s technológiou zmiešaného tlaku na prenášanie vysokého prúdu a zároveň zaisťuje prenos vysokofrekvenčných signálov s nízkou stratou, čím sa rieši problém odvetvia, ktorým je ťažká rovnováha medzi vysokoprúdovými a vysokofrekvenčnými-signálmi.
Viacvrstvová doska Rogers so zmiešaným tlakom: Miešaním medzivrstvy vysokofrekvenčných materiálov, ako je RO4350B, s bežnými materiálmi fr4, sa v kľúčovej signálovej vrstve používajú nízkostratové vysokofrekvenčné substráty a fr4 s vysokou tepelnou vodivosťou sa používa v napájacej a zemnej vrstve. To výrazne znižuje celkové náklady na dosky a zároveň zaisťuje vysoko{5}}frekvenčný výkon a v súčasnosti ide o hlavné riešenie výberu pre 5G makro základné stanice RF.
Logika výberu pre typické oblasti použitia
Výber vysokofrekvenčných a vysokorýchlostných{0}}materiálov PCB v rôznych odvetviach má úplne odlišné zameranie a čím vyšší je výkon dosky, tým je vhodnejšia
V oblasti komunikácie 5G sú keramické výplňové dosky Rogers série RO4000 uprednostňované pre antény základňových staníc a RF predné -moduly na vyváženie dielektrickej stability a kompatibility spracovania; 200G/400G vysokorýchlostná{5}}prepínacia doska v dátovom centre bude využívať extrémne nízke Df{6}}rýchlostné substráty, ako je Panasonic Megtron 7, so zameraním na kontrolu straty prenosu sériových signálov nad 25 Gb/s.
V oblasti automobilovej elektroniky: Radar s milimetrovými vlnami 77 GHz musí používať vysokofrekvenčné dosky s koeficientom dielektrickej konštantnej teploty nižším ako 50 ppm/stupeň, aby sa zabezpečilo, že rozsah detekcie radaru nebude výrazne kolísať v rámci celého teplotného rozsahu vozidla -40 stupňov až 85 stupňov ; Doska plošných spojov vysokorýchlostnej brány namontovanej v automobile bude využívať modifikovanú vysokofrekvenčnú dosku fr4, ktorá vyvažuje náklady a integritu signálu a zároveň spĺňa požiadavky na spoľahlivosť automobilových noriem IATF16949.
V oblasti letectva a obrany sú vysokofrekvenčné dosky plošných spojov s PTFE substrátom preferované pre satelitné komunikačné zariadenia, radarové rušičky a iné scenáre. Zachovávajú si stabilný dielektrický výkon v extrémnych vesmírnych prostrediach a odolávajú silným vibráciám vďaka špeciálnym procesom vystuženia medzivrstvy.
V oblasti lekárskych a testovacích prístrojov vyžadujú vysokofrekvenčné dosky plošných spojov pre MRI RF cievky, spektrálne analyzátory a ďalšie zariadenia extrémne vysokú rovnomernosť dielektrickej konštanty. Importované-vysokofrekvenčné dosky sa zvyčajne vyberajú tak, aby sa predišlo odchýlkam vo výsledku testu spôsobenej nerovnomernými lokálnymi parametrami dosky.
dosky plošných spojov fr4, vysokofrekvenčné PCB