Dielektrik sabiti,Yüksek - frekansıSinyal iletim performansı üzerinde önemli bir etkisi olan PCB kartları.
Dielektrik sabitinin temel kavramları
Geçirimlilik olarak da bilinen dielektrik sabiti, dielektrik malzemelerin elektrik enerjisini bir elektrik alanının etkisi altında saklama yeteneğini ölçen önemli bir fiziksel miktardır. Yüksek - frekanslı basılı devre kartlarında, dielektrik sabiti malzemenin elektrik alanlarına yanıt özelliklerini yansıtır. PCB kartına bir elektrik alanı uygulandığında, dielektrikin polarizasyonu uyarılmış yükler üretir. Dielektrik sabiti ne kadar yüksek olursa, malzeme o kadar enerji depolar ve içindeki elektrik alanının yayılma hızı o kadar yavaş olur. Mikroskobik bir perspektiften bakıldığında, dielektriklerdeki atomlar veya moleküller bir elektrik alanından etkilenir, bu da yük dağılımında değişikliklere neden olur ve elektrik alanının yönü ile hizalanma eğilimi gösteren ve böylece elektrik alanını etkileyen elektrikli dipoller oluşturur. Farklı malzemeler, atomik yapı ve moleküler bileşimdeki farklılıklar nedeniyle farklı polarizasyon yeteneklerine sahiptir, bu da değişen dielektrik sabitlere neden olur. Örneğin, havanın dielektrik sabiti 1'e yakınken, yüksek - frekans PCB kartlarının dielektrik sabiti genellikle 2-10 arasındadır.
Yüksek - frekans PCB kartlarının dielektrik sabitini etkileyen faktörler
Sacın kimyasal bileşimi
Reçine sisteminin dielektrik sabiti üzerinde önemli bir etkisi vardır. Politetrafloroetilen reçinenin dielektrik sabiti yaklaşık 2.2'dir, bu da yüksek sinyal iletim hızı gerektiren senaryolar için uygundur; Termosetleme polifenilen eter reçinesinin dielektrik sabiti 3.0 - 3.8 arasındadır; Hidrokarbon reçine sistemi 2.5 ila 3.5 arasında değişir; Sıradan epoksi reçine, kutup grupları ve 4-5 dielektrik sabiti nedeniyle yüksek - frekansı ve yüksek hızlı uygulamalar için uygun değildir. Ek olarak, seramik gibi düşük dielektrik sabit dolgu maddeleri eklemek, kartın iç elektrik alanı dağılımını değiştirebilir ve eşdeğer dielektrik sabitini azaltabilir. Bir takviye malzemesi olarak cam elyaf bez, 6-7'lik bir dielektrik sabitine sahiptir. Eşit olmayan içerik ve cam elyaf bezinin dağılımı, tahtanın dielektrik sabitinde bölgesel farklılıklara neden olabilir ve sinyal iletimini etkileyebilir.
çevresel faktörler
Sıcaklıktaki bir artış, malzeme moleküllerinin termal hareketini yoğunlaştıracak, moleküller arası etkileşimleri değiştirecek ve dielektrik sabitini artıracaktır. Geleneksel FR-4 tabakalarında olduğu gibi, dielektrik sabiti 0-70 derece arasında% 20'ye kadar değişebilir, bu da sinyal gecikmesini etkiler. Nem, 70'e kadar su dielektrik sabiti ile eşit derecede kritiktir. Kart suyu emdikten sonra elektrik alanı dağılımı değişiklikleri ve dielektrik sabiti artar. Nemli ortamlarda, sinyal iletiminin kalitesi kolayca etkilenir.
sıklık
Yüksek - frekans elektrik alanları altında, dielektrikin polarizasyonu elektrik alanındaki değişikliklere ayak uyduramaz, polarizasyon derecesi zayıflar ve dielektrik sabiti azalır. Sıradan almakFR-4Kurul Örnek olarak, dielektrik sabiti 1 megahertz'de yaklaşık 4.7'dir, 1 gigahertz'de 4.19'a düşer ve değişiklik 1 Gigahertz'in üzerinde yavaşlar. Yüksek frekans ve yüksek - Hızlı PCB kartlarının, sinyal iletim performansını sağlamak için geniş bir frekans aralığında kararlı dielektrik sabitini koruması gerekir.
Dielektrik sabitinin yüksek frekanslı PCB sinyal iletimi üzerindeki etkisi
sinyal iletim hızı
Elektromanyetik teoriye göre, bir tabakadaki sinyallerin iletim hızı, dielektrik sabitinin kare kökü ile ters orantılıdır. Düşük dielektrik sabit plakalar sinyal iletim hızını önemli ölçüde artırabilir, gecikmeyi azaltabilir ve 5G iletişimi ve yüksek - hız veri iletimi gibi senaryoların ihtiyaçlarını karşılayabilir. 5G baz istasyonlarının RF devresi düşük dielektrik sabit politetrafloroetilen tabakalar kullanıyorsa, sinyal iletim verimliliğini etkili bir şekilde artırabilir.
karakteristik empedans
Karakteristik empedans, yüksek - frekans PCB tasarımında önemli bir parametredir ve hesaplaması dielektrik sabiti ile ilişkilidir. Dielektrik sabitine sapma, karakteristik empedansın tasarım değerinden sapmasına neden olarak sinyal yansımasına ve zayıflamaya neden olabilir. RF devrelerinde, empedans uyuşmazlığı ayakta dalgalar üretebilir ve devre performansını azaltabilir, bu nedenle dielektrik sabitinin hassas kontrolü çok önemlidir.
sinyal zayıflaması
Yüksek dielektrik sabit malzemeler yüksek derecede polarizasyon, güçlü moleküller arası etkileşimlere sahiptir ve sinyal enerjisini emmeye ve termal enerjiye dönüştürmeye eğilimlidir, bu da sinyal zayıflamasına neden olur. Uzun - mesafe yüksek - Hızlı sinyal iletiminde, yüksek - Hız barı ve veri merkezi arabağlantı hatları gibi hız sinyal iletimi, düşük dielektrik sabiti ve düşük kayıp tahtalarının seçilmesi sinyal zayıflamasını etkili bir şekilde azaltabilir ve iletim kalitesini sağlayabilir.
Yüksek - frekans PCB kartı dielektrik sabiti için ölçüm yöntemi
İletim Hattı Yöntemi
Mikroşerit hattı yöntemi ve şerit hattı yöntemi dahil olmak üzere iletim hattı yöntemi yaygın olarak kullanılır. Mikroşerit hattı yöntemi, bir kartı dielektrik substrat olarak kullanır, bir ağ analizörü aracılığıyla iletim parametrelerini ölçer ve elektrik sabitlerini ters olarak önerir. Uluslararası Elektronik Endüstri Birliği Test Yöntemleri Kılavuzunun ilgili özelliklerini izleyen bir endüstri standardı yöntemdir. Şerit hattı kuralı, rezonans frekansını ve kalite faktörünü ölçmek için bir şerit hattı rezonatörü kullanır ve karmaşık dielektrik sabitini hesaplamak için teorik veya simülasyon hesaplamalarını birleştirir. Bilinmeyen dielektrik sabit malzemeleri ölçmek için uygundur
Rezonans yöntemi
Rezonans yöntemi, bir rezonant boşluğa metalden yapılmış bir numunenin yerleştirilmesini ve yerleştirilmeden önce ve sonra boşluğun rezonant frekansındaki ve kalite faktöründeki değişikliklere dayanarak dielektrik sabitinin hesaplanmasını içerir. Bu yöntem yüksek doğruluğa sahiptir, ancak katı ekipman ve numune hazırlama gerektirir ve genellikle hassas laboratuvar ölçümleri için kullanılır.
Farklı uygulama senaryolarında yüksek - frekans PCB kartlarının dielektrik sabiti için gereksinimler
5G iletişim alanı
Modüller genellikle hidrokarbon reçine tahtaları veya 2.5-3.5 dielektrik sabiti olan politetrafloroetilen tahtaları kullanır.
5G sinyalleri yüksek frekans ve hızlı iletim oranına sahiptir, bu da düşük dielektrik sabiti ve kartın iyi frekans stabilitesi ve iyi çevresel direnç gerektirir. RF Front - sonu
Otomotiv elektronik alanı
Otomotiv radarı ve araç ağı sistemleri yüksek - hassas sinyal iletimi gerektirir. Millimetre dalga radar uygulamalarında, karmaşık ortamlarda doğru sinyal iletimini sağlamak için 3-4 dielektrik sabiti ve güçlü stabilite ile seramik dolu termoset malzeme tabakaları seçilir.
havacılık alanı
Havacılık ve uzay elektronik ekipmanı, hafif ve radyasyon direncinin gereksinimlerini karşılarken, geniş bir sıcaklık aralığında tahtanın kararlı dielektrik sabitini gerektiren aşırı ortamlarla yüzleşir. Poliimid substratları, yüksek sıcaklık dirençleri ve stabil dielektrik sabitleri nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Yüksek - frekans PCB kartı dielektrik sabiti, temel kavramlardan çeşitli yönlerden geçen, faktörleri etkileyen ölçüm yöntemlerine ve uygulamalara kadar sinyal iletim performansını derinden etkiler. 5G, otomotiv elektroniği, havacılık ve diğer alanların geliştirilmesiyle, düşük dielektrik sabiti ve yüksek stabiliteye sahip PCB panolarının araştırılması ve geliştirilmesi, elektronik teknolojiyi yeni yüksekliklere yönlendirecek bir trend haline gelmiştir.