V elektronskih-napravah višjega cenovnega razreda, kot so komunikacija 5G, avtonomni radar z milimetrskimi valovi in visoko{2}}hitrostna stikala v podatkovnih centrih AI, so visokofrekvenčna-hitrostna tiskana vezja že postala glavni nosilec, ki določa stabilnost sistemskega prenosa signala. Za razliko od navadnihfr4 vezjaki izpolnjujejo samo osnovne zahteve za povezavo vezja, izbiro materialavisoka frekvencain visoko{0}}hitrostna tiskana vezja neposredno določajo nadzor izgub, natančnost impedance in dolgoročno-zanesljivost signalov v frekvenčnem pasu GHz. Danes bomo sistematično razčlenili ključno logiko visokofrekvenčne in-hitrostne izbire materiala za tiskana vezja od osrednjih kazalnikov, glavne izbire izdelkov do tipičnih scenarijev uporabe.
6 osnovnih indikatorjev za visokofrekvenčno in-hitro izbiro materiala za tiskano vezje
Številni inženirji pri izbiri materialov pogosto zaidejo v napačno predstavo, da "gledajo le na znamko in ne na parametre". Pravzaprav je naslednjih šest indikatorjev temeljna merila za določanje združljivosti plošče:
1. Dielektrična konstanta (Dk) in stabilnost: To je najbolj temeljni parameter jedra visokofrekvenčne pločevine, ki zahteva nizko vrednost Dk in minimalna nihanja s temperaturo in frekvenco. Pri visokofrekvenčnih scenarijih je treba toleranco Dk nadzorovati v območju ± 0,1, da se izognete nenadzorovanemu odstopanju hitrosti prenosa signala. Na primer, plošča Dk of Rogers RO4350B je stabilno nadzorovana pri 3,48, z nihanji manj kot ± 2 % v širokem temperaturnem območju od -50 stopinj do 150 stopinj, kar v celoti izpolnjuje stroge okoljske zahteve radarja za vozila.
2. Faktor dielektrične izgube (Df): neposredno določa izgubo energije signala med prenosom. Pri visokofrekvenčnih scenarijih nad 10 GHz je treba vrednost Df nadzorovati pod 0,005, da se izognete težavam s čezmernim slabljenjem amplitude in nezadostnim razmerjem-in-šumom visokofrekvenčnih signalov po-ožičenju na dolge razdalje. Df običajne plošče FR-4 je običajno nad 0,02, kar je popolnoma neprimerno za prenos signala visoke hitrosti SerDes nad 25 Gbps.
3. Ujemanje koeficienta toplotnega raztezanja (CTE): Visokofrekvenčna visoko{1}}hitrostna tiskana vezja so pogosto opremljena z več-slojnimi debelimi bakrenimi zasnovami, koeficient toplotnega raztezanja osi Z- plošče pa se mora ujemati s karakteristikami CTE bakrene folije. V nasprotnem primeru lahko pride do težav z okvarami, kot je zlom metalizirane luknje in neusklajenost vmesnega sloja med večkratnimi postopki spajkanja s ponovnim prelivanjem. Visokokakovostne visokofrekvenčne plošče bodo spremenjene s tehnologijo keramičnega polnjenja za nadzor CTE Z-osi znotraj 30 ppm/stopinjo, kar bo močno izboljšalo dolgoročno-zanesljivost več-plastnih plošč.
4. Hrapavost bakrene folije: Pri visokofrekvenčnem prenosu signala bo kožni učinek povzročil koncentracijo toka na zelo tanki plasti na površini bakrene folije. Prekomerna hrapavost bakrene folije bo znatno povečala izgubo prevodnika. Vrhunska visokofrekvenčna in visoko{3}}hitrostna tiskana vezja bodo uporabljala nizkoprofilno bakreno folijo (HVLP) za nadzor površinske hrapavosti znotraj 0,2 μm, kar lahko zmanjša izgubo prevodnika za več kot 30 % v frekvenčnem pasu milimetrskih valov.
5. Stopnja absorpcije vode: Po absorpciji vode se enakomernost dielektrične konstante plošče neposredno spremeni, kar povzroči nenadne spremembe impedance in povečano izgubo signala. Pri visokofrekvenčnih scenarijih mora biti stopnja vpijanja vode plošče manjša od 0,1 %. Visokofrekvenčni materiali na osnovi PTFE se glede tega indikatorja obnesejo veliko bolje kot običajni substrati iz epoksi smole.
6. Toplotna prevodnost: V scenarijih, kot so 5G RF ojačevalniki in pospeševalne kartice AI, je lokalna gostota toplotnega toka visokofrekvenčnih in -hitrostnih tiskanih vezij izjemno visoka, kar zahteva koeficient toplotne prevodnosti podlage 0,8 W/m · K ali več. Nekateri scenariji napajanja celo zahtevajo uporabo plošč z visoko toplotno prevodnostjo s koeficientom toplotne prevodnosti, ki presega 2 W/m · K, da se prepreči odmik signala zaradi lokalnega pregrevanja.
Plošča s tiskanim vezjem za visoko{0}}hitro pakiranje mikro nano čipov: posebej prilagojena scenarijem integracije visokofrekvenčnega digitalnega signala in optoelektronskih naprav, ki temelji na tehnologiji pakiranja na ravni mikro nano za doseganje izjemno visoke natančnosti medsebojnega povezovanja, odlično deluje pri-hitrostnem prenosu signala 100G optičnih modulov in rešuje problem odboja signala pri medsebojni povezavi med optičnimi čipi in tiskana vezja.
14-slojna plošča z bakreno tuljavo debeline 4 unče: razvita za scenarije brezžičnega polnjenja in RF-modulov z visoko-močjo v novih energetskih vozilih, z uporabo debele bakrene visokofrekvenčne podlage v kombinaciji s tehnologijo mešanega tlaka za prenos visokega toka, hkrati pa zagotavlja prenos visoko-frekvenčnih signalov z nizkimi izgubami, kar rešuje industrijsko bolečo točko težkega ravnotežja med visokim tokom in visoko-frekvenčnimi signali.
Rogers mešana tlačna večplastna plošča: Z vmesnim mešanjem visokofrekvenčnih materialov, kot je RO4350B, z navadnimi fr4 materiali, se v ključnem signalnem sloju uporabljajo visokofrekvenčni substrati z nizkimi izgubami, v napajalnem in ozemljitvenem sloju pa se uporablja visoka toplotna prevodnost fr4. To bistveno zmanjša skupne stroške plošče, hkrati pa zagotavlja visoko-frekvenčno zmogljivost in je trenutno glavna rešitev za izbor RF plošč makro baznih postaj 5G.
Izbirna logika za tipična področja uporabe
Izbira visokofrekvenčnih in-hitrostnih materialov tiskanih vezij v različnih panogah ima povsem različne poudarke in večja kot je zmogljivost plošče, bolj je primerna
Na področju komunikacije 5G so keramične polnilne plošče serije Rogers RO4000 prednostne za antene baznih postaj in sprednje- module RF za uravnoteženje dielektrične stabilnosti in združljivosti obdelave; 200G/400G visoko{5}}hitrostna hrbtna plošča stikala v podatkovnem centru bo uporabljala visokohitrostne podlage z izjemno nizko Df-, kot je Panasonic Megtron 7, s poudarkom na nadzoru izgube prenosa serijskih signalov nad 25 Gbps.
Na področju avtomobilske elektronike: radar z milimetrskimi valovi 77 GHz mora uporabljati visokofrekvenčne plošče s temperaturnim koeficientom dielektrične konstante, nižjim od 50 ppm/stopinjo, da se zagotovi, da območje zaznavanja radarja ne niha bistveno v celotnem temperaturnem območju vozila od -40 stopinj do 85 stopinj; PCB prehoda za visoke hitrosti, nameščenega v avtomobilu, bo uporabljal modificirano visokofrekvenčno ploščo fr4, ki uravnoteži stroške in celovitost signala, hkrati pa izpolnjuje zahteve glede zanesljivosti avtomobilskih standardov IATF16949.
Na področju letalstva in obrambe so visokofrekvenčna tiskana vezja s PTFE substratom prednostna za satelitsko komunikacijsko opremo, motilce radarjev in druge scenarije. Ohranjajo stabilno dielektrično zmogljivost v ekstremnih vesoljskih okoljih in so odporni na močne udarce vibracij s posebnimi postopki ojačitve vmesnega sloja.
Na področju medicinskih in testnih instrumentov visokofrekvenčna tiskana vezja za MRI RF tuljave, analizatorje spektra in drugo opremo zahtevajo izjemno visoko enakomernost dielektrične konstante. Uvožene-visokofrekvenčne plošče višjega razreda so običajno izbrane, da se izognemo odstopanju rezultatov preskusa, ki ga povzročijo neenaki lokalni parametri plošče.
fr4 vezja, visokofrekvenčna PCB