U vrhunskim{0}}elektronskim uređajima kao što su 5G komunikacija, radar milimetarskog talasa za autonomnu vožnju i-prekidači velike brzine u centrima podataka sa umjetnom inteligencijom, visokofrekventne velike-štampane ploče već su postale osnovni nosač koji određuje stabilnost prijenosa signala sistema. Za razliku od običnihfr4 pločekoji zadovoljavaju samo osnovne zahtjeve za povezivanje strujnih kola, izbor materijalavisoke frekvencijei -brzine štampane ploče direktno određuju kontrolu gubitaka, tačnost impedanse i dugoročnu-pouzdanost signala u frekvencijskom opsegu GHz. Danas ćemo sistematski raščlaniti ključnu logiku visokofrekventnog i-brzinog odabira PCB materijala od osnovnih indikatora, odabira glavnog toka proizvoda do tipičnih scenarija primjene.
6 osnovnih indikatora za visokofrekventni i-brzi odabir PCB materijala
Mnogi inženjeri imaju tendenciju da padnu u zabludu da "gledaju samo brend, a ne parametre" prilikom odabira materijala. U stvari, sljedećih šest indikatora su ključni kriteriji za određivanje kompatibilnosti odbora:
1. Dielektrična konstanta (Dk) i stabilnost: Ovo je najosnovniji parametar jezgra visokofrekventnog lima, koji zahtijeva nisku vrijednost Dk i minimalne fluktuacije s temperaturom i frekvencijom. U scenarijima visoke frekvencije, toleranciju Dk treba kontrolisati unutar ± 0,1 kako bi se izbjeglo nekontrolisano odstupanje brzine prijenosa signala. Na primjer, Dk of Rogers RO4350B ploča je stabilno kontrolirana na 3,48, sa fluktuacijama manjim od ± 2% u širokom temperaturnom rasponu od -50 do 150 stepeni, u potpunosti ispunjavajući stroge ekološke zahtjeve radara vozila.
2. Faktor dielektričnog gubitka (Df): On direktno određuje gubitak energije signala tokom prijenosa. U scenarijima visoke frekvencije iznad 10GHz, vrijednost Df treba kontrolisati ispod 0,005 kako bi se izbjegao problem prekomjernog slabljenja amplitude i nedovoljnog odnosa signala-i-šuma visokofrekventnih signala nakon-ožičenja na velike udaljenosti. Df obične FR{10}}4 ploče je obično iznad 0,02, što je potpuno neprikladno za brzi prijenos SerDes signala iznad 25Gbps.
3. Koeficijent termičke ekspanzije (CTE) Usklađivanje: Visokofrekventne -brze štampane ploče često dolaze sa više-slojnim debelim bakrenim dizajnom, a koeficijent termičkog širenja ploče Z- treba da odgovara CTE karakteristikama bakarne folije. U suprotnom, problemi kvara kao što su lom metalizirane rupe i neusklađenost međuslojnih slojeva su skloni da se pojave tokom višestrukih procesa lemljenja povratnim tokom. Visokokvalitetne visokofrekventne ploče će se modificirati kroz tehnologiju punjenja keramike kako bi se kontrolirao CTE Z-osi unutar 30ppm/ stepen, što će značajno poboljšati dugoročnu-pouzdanost višeslojnih -ploča.
4. Hrapavost bakarne folije: U visokofrekventnom prijenosu signala, skin efekat će uzrokovati koncentrisanje struje na vrlo tanak sloj na površini bakarne folije. Prekomjerna hrapavost bakarne folije značajno će povećati gubitak provodnika. Visokokvalitetne visokofrekventne i -brze štampane ploče koristit će niskoprofilnu bakarnu foliju (HVLP) za kontrolu hrapavosti površine unutar 0,2 μm, što može smanjiti gubitak provodnika za više od 30% u frekvencijskom opsegu milimetarskog talasa.
5. Stopa apsorpcije vode: Nakon apsorpcije vode, ujednačenost dielektrične konstante ploče će se direktno promijeniti, što će rezultirati naglim promjenama impedanse i povećanim gubitkom signala. U scenarijima visoke frekvencije, stopa apsorpcije vode ploče mora biti manja od 0,1%. Visokofrekventni materijali na bazi PTFE imaju mnogo bolje rezultate od običnih supstrata od epoksidne smole u ovom pokazatelju.
6. Toplotna provodljivost: U scenarijima kao što su 5G RF pojačala i AI kartice za ubrzanje, lokalna gustina toplotnog fluksa na visokofrekventnim i -brzim štampanim pločama je izuzetno visoka, što zahtijeva koeficijent toplinske provodljivosti supstrata od 0,8 W/m · K ili veći. Neki scenariji napajanja čak zahtijevaju upotrebu ploča visoke toplotne provodljivosti sa koeficijentom toplotne provodljivosti većim od 2W/m · K kako bi se izbjeglo odstupanje signala uzrokovano lokalnim pregrijavanjem.
Ploča sa štampanim pločama za pakovanje velike brzine-mikro nano čipa: posebno prilagođena za scenarije integracije digitalnog signala visoke frekvencije i optoelektronskih uređaja, oslanjajući se na tehnologiju pakovanja mikro nano nivoa kako bi se postigla ekstremno visoka preciznost međupovezivanja, izvrsno izvodi u-brzinom prijenosu signala velike brzine 100G i optičkih modula koji reflektiraju optičke module na međusobnom povezivanju optičkih modula. i štampane ploče.
Ploča od 14 slojeva bakrenog namotaja debljine 4 oz: razvijena za scenarije bežičnog punjenja i RF modula velike-modula u novim energetskim vozilima, koristeći debelu bakrenu visokofrekventnu podlogu u kombinaciji sa tehnologijom mješovitog pritiska za nošenje velike struje, istovremeno osiguravajući prijenos visoko-frekventnih signala s malim gubicima, rješavajući bolnu tačku u industriji i teškoj ravnoteži signala visoke struje{4} visoke struje.
Rogers višeslojna ploča mješovitog pritiska: Međuslojnim miješanjem visokofrekventnih materijala kao što je RO4350B sa običnim fr4 materijalima, visokofrekventne podloge s malim gubicima se koriste u sloju ključnog signala, a visoka toplotna provodljivost fr4 se koristi u slojevima napajanja i tla. Ovo značajno smanjuje ukupni trošak ploče, istovremeno osiguravajući visoke-performanse, i trenutno je glavno rješenje za odabir RF ploča za 5G makro bazne stanice.
Logika odabira za tipična područja primjene
Izbor visokofrekventnih i{0}}brzinskih PCb materijala u različitim industrijama ima potpuno različite fokuse, a što su performanse ploče veće, to je ona prikladnija
Na polju 5G komunikacije, Rogers RO4000 serija keramičkih ploča za punjenje su poželjne za antene baznih stanica i RF prednje{2}}module radi balansiranja dielektrične stabilnosti i kompatibilnosti obrade; 200G/400G brza-zadnja ploča prekidača u podatkovnom centru će koristiti supstrate velike brzine-izuzetno niske Df kao što je Panasonic Megtron 7, sa fokusom na kontrolu gubitka prijenosa serijskih signala iznad 25Gbps.
U oblasti automobilske elektronike: radar milimetarskog talasa od 77 GHz mora koristiti visokofrekventne ploče sa temperaturnim koeficijentom dielektrične konstante manjim od 50ppm/stepen kako bi se osiguralo da opseg detekcije radara ne varira značajno unutar punog temperaturnog opsega vozila od -40 stepeni do 85 stepeni; PCb brzog gateway-a koji se montira na automobil će koristiti modificiranu visokofrekventnu fr4 ploču, koja balansira troškove i integritet signala, dok ispunjava zahtjeve pouzdanosti IATF16949 standarda za automobile.
U oblastima vazduhoplovstva i odbrane, visokofrekventne štampane ploče sa PTFE supstratom su poželjne za opremu za satelitsku komunikaciju, ometače radara i druge scenarije. Oni održavaju stabilne dielektrične performanse u ekstremnim prostornim okruženjima i odolijevaju jakim vibracijama kroz posebne procese međuslojnog ojačanja.
U oblasti medicinskih i instrumenata za testiranje, visokofrekventne štampane ploče za MRI RF zavojnice, analizatore spektra i drugu opremu zahtevaju izuzetno visoku uniformnost dielektrične konstante. Uvezene visoko-ploče visoke frekvencije se obično biraju kako bi se izbjeglo odstupanje rezultata testa uzrokovano neujednačenim lokalnim parametrima ploče.
fr4 ploče, visokofrekventne PCB