5G iletişimi, otonom sürüşlü milimetrik dalga radarı ve yapay zeka veri merkezlerindeki yüksek-hızlı anahtarlar gibi ileri teknolojiye sahip elektronik cihazlarda, yüksek frekanslı, yüksek-hızlı baskılı devre kartları halihazırda sistem sinyal iletiminin kararlılığını belirleyen temel taşıyıcı haline geldi. Sıradanlığın aksinefr4 devre kartlarıyalnızca temel devre bağlantı gereksinimlerini karşılayan malzeme seçimiyüksek frekansve yüksek-hızlı baskılı devre kartları, GHz frekans bandındaki sinyallerin kayıp kontrolünü, empedans doğruluğunu ve-uzun vadeli güvenilirliğini doğrudan belirler. Bugün, yüksek frekanslı ve yüksek-hızlı PCB malzeme seçiminin temel mantığını temel göstergelerden, ana ürün seçiminden tipik uygulama senaryolarına kadar sistematik olarak inceleyeceğiz.
Yüksek frekans ve yüksek-hızlı PCB malzemesi seçimi için 6 temel gösterge
Birçok mühendis, malzeme seçerken "parametrelere değil, yalnızca markaya bakma" yanılgısına düşme eğilimindedir. Aslında aşağıdaki altı gösterge, kartın uyumluluğunu belirlemek için temel kriterlerdir:
1. Dielektrik sabiti (Dk) ve kararlılık: Bu, yüksek frekanslı sacların en temel temel parametresidir ve düşük bir Dk değeri ile sıcaklık ve frekansta minimum dalgalanmalar gerektirir. Yüksek frekans senaryolarında kontrol edilemeyen sinyal iletim hızı sapmasını önlemek için Dk toleransı ± 0,1 dahilinde kontrol edilmelidir. Örneğin, Rogers RO4350B kartının Dk'si, -50 derece ila 150 derece arasındaki geniş bir sıcaklık aralığında ± %2'den daha az dalgalanmalarla 3,48'de stabil bir şekilde kontrol edilir ve araç radarının zorlu çevresel gereksinimlerini tam olarak karşılar.
2. Dielektrik Kayıp Faktörü (Df): Sinyalin iletim sırasındaki enerji kaybını doğrudan belirler. 10GHz'in üzerindeki yüksek frekans senaryolarında, aşırı genlik zayıflaması ve uzun-kablolama sonrasında yüksek frekanslı sinyallerin yetersiz sinyal{{-gürültü oranı sorununu önlemek için Df değerinin 0,005'in altında kontrol edilmesi gerekir. Sıradan FR-4 kartının Df'si genellikle 0,02'nin üzerindedir; bu, 25 Gbps'nin üzerindeki yüksek hızlı SerDes sinyal iletimi için tamamen uygun değildir.
3. Termal Genleşme Katsayısı (CTE) Eşleştirme: Yüksek frekanslı, yüksek-hızlı baskılı devre kartları genellikle çok-katmanlı kalın bakır tasarımlarla birlikte gelir ve kartın Z-ekseni termal genleşme katsayısının bakır folyonun CTE özelliklerine uyması gerekir. Aksi takdirde, çoklu yeniden akışlı lehimleme işlemleri sırasında metalize delik kırılması ve katmanlar arası yanlış hizalama gibi arıza sorunlarının ortaya çıkması muhtemeldir. Yüksek kaliteli yüksek frekanslı kartlar, Z-ekseni CTE'yi 30 ppm/ derece dahilinde kontrol etmek için seramik doldurma teknolojisiyle değiştirilecek ve bu, çok-katmanlı kartların uzun vadeli güvenilirliğini büyük ölçüde artıracak-.
4. Bakır folyo pürüzlülüğü: Yüksek frekanslı sinyal iletiminde cilt etkisi, akımın bakır folyo yüzeyinde çok ince bir tabaka üzerinde yoğunlaşmasına neden olacaktır. Aşırı bakır folyo pürüzlülüğü iletken kaybını önemli ölçüde artıracaktır. Üst düzey yüksek frekanslı ve yüksek-hızlı baskılı devre kartları, yüzey pürüzlülüğünü 0,2 μm dahilinde kontrol etmek için düşük profilli bakır folyo (HVLP) kullanır; bu, milimetre dalga frekans bandında iletken kaybını %30'dan fazla azaltabilir.
5. Su emme oranı: Suyu emdikten sonra, panelin dielektrik sabitinin düzgünlüğü doğrudan değişecek, bu da ani empedans değişikliklerine ve sinyal kaybının artmasına neden olacaktır. Yüksek frekans senaryolarında panelin su emme oranının %0,1'den az olması gerekmektedir. PTFE bazlı yüksek frekanslı malzemeler bu göstergede sıradan epoksi reçine yüzeylerden çok daha iyi performans gösterir.
6. Termal iletkenlik: 5G RF amplifikatörleri ve AI hızlandırma kartları gibi senaryolarda, yüksek frekanslı ve yüksek- hızlı baskılı devre kartlarının yerel ısı akısı yoğunluğu son derece yüksektir ve 0,8W/m · K veya daha yüksek bir alt tabaka termal iletkenlik katsayısı gerektirir. Hatta bazı güç senaryoları, yerel aşırı ısınmadan kaynaklanan sinyal kaymasını önlemek için 2W/m · K'yi aşan termal iletkenlik katsayısına sahip yüksek termal iletkenliğe sahip kartların kullanılmasını bile gerektirir.
Mikro nano çipli yüksek-hızlı paketleme baskılı devre kartları kartı: yüksek frekanslı dijital sinyal ve optoelektronik cihaz entegrasyon senaryoları için özel olarak uyarlanmıştır, son derece yüksek ara bağlantı doğruluğu elde etmek için mikro nano düzeyde paketleme teknolojisine dayanır, 100G optik modüllerin yüksek-hızlı sinyal iletiminde mükemmel performans gösterir ve optik çipler ile baskılı devre kartları arasındaki ara bağlantıda sinyal yansıması sorununu çözer.
14 katmanlı, 4 ons kalınlığında bakır bobin kartı: yeni enerji araçlarında kablosuz şarj ve yüksek-güçlü RF modülleri senaryoları için geliştirildi; yüksek akımı taşımak için karışık basınç teknolojisiyle birleştirilmiş kalın bakır yüksek frekanslı alt katman kullanılarak yüksek-frekans sinyallerinin düşük kayıplı iletimi sağlanır ve yüksek akım ile yüksek-frekans sinyalleri arasındaki zor dengenin sektördeki sıkıntılı noktası çözülür.
Rogers karışık basınçlı çok katmanlı kart: RO4350B gibi yüksek frekanslı malzemeleri sıradan fr4 malzemeleriyle ara katman karıştırarak, anahtar sinyal katmanında düşük kayıplı yüksek- frekanslı alt tabakalar kullanılır ve güç ve toprak katmanlarında yüksek termal iletkenlik fr4 kullanılır. Bu, yüksek-frekans performansı sağlarken genel kart maliyetini önemli ölçüde azaltır ve şu anda 5G makro baz istasyonu RF kartları için ana seçim çözümüdür.
Tipik uygulama alanları için seçim mantığı
Farklı endüstrilerdeki yüksek{0}}yüksek frekanslı ve yüksek hızlı PCB malzemelerinin seçimi tamamen farklı odak noktalarına sahiptir ve kartın performansı ne kadar yüksek olursa, o kadar uygundur
5G iletişim alanında, baz istasyonu antenleri ve RF ön uç modülleri için dielektrik kararlılığı ve işlem uyumluluğunu dengelemek amacıyla Rogers RO4000 serisi seramik dolgu plakaları tercih ediliyor; Veri merkezindeki 200G/400G yüksek-hızlı anahtar arka paneli, 25Gbps'nin üzerindeki seri sinyallerin iletim kaybını kontrol etmeye odaklanarak, Panasonic Megtron 7 gibi son derece düşük Df yüksek-hızlı alt tabakaları kullanacak.
Otomotiv elektroniği alanında: 77 GHz milimetre dalga radarı, radar algılama aralığının aracın -40 derece ila 85 derece arasındaki tam sıcaklık aralığı içinde önemli ölçüde dalgalanmamasını sağlamak için 50 ppm/dereceden daha düşük bir dielektrik sabit sıcaklık katsayısına sahip yüksek frekanslı kartlar kullanmalıdır; Araca monteli yüksek hızlı ağ geçidinin pcb'si, IATF16949 otomotiv standartlarının güvenilirlik gereksinimlerini karşılarken maliyet ve sinyal bütünlüğünü dengeleyen değiştirilmiş yüksek frekanslı fr4 kartını kullanacak.
Havacılık ve savunma alanlarında, uydu iletişim ekipmanları, radar bozucular ve diğer senaryolar için PTFE substratlı yüksek frekanslı baskılı devre kartları tercih edilmektedir. Aşırı uzay ortamlarında istikrarlı dielektrik performansını korurlar ve özel ara katman güçlendirme işlemleri sayesinde güçlü titreşim etkilerine karşı direnç gösterirler.
Tıbbi ve test cihazları alanında, MRI RF bobinleri, spektrum analizörleri ve diğer ekipmanlar için yüksek frekanslı baskılı devre kartları, son derece yüksek dielektrik sabiti eşitliği gerektirir. İthal edilmiş üst düzey yüksek frekanslı kartlar genellikle kartın eşit olmayan yerel parametrelerinin neden olduğu test sonucu sapmasını önlemek için seçilir.
fr4 devre kartları, yüksek frekanslı PCB