У високо-електронних пристроях, таких як зв’язок 5G, автономний радар міліметрового діапазону та високо-швидкісні комутатори в центрах обробки даних ШІ, високочастотні високошвидкісні-друковані плати вже стали основним носієм, який визначає стабільність передачі сигналу системи. На відміну від звичайногодруковані плати fr4які відповідають лише основним вимогам до підключення ланцюга, вибору матеріалувисока частотаі високошвидкісні друковані плати безпосередньо визначають контроль втрат, точність імпедансу та довгострокову-надійність сигналів у діапазоні частот ГГц. Сьогодні ми систематично розберемо ключову логіку високочастотного та високо{3}}швидкісного вибору матеріалу для друкованої плати від основних показників, основного вибору продукту до типових сценаріїв застосування.
6 основних показників для вибору високочастотних і-швидкісних матеріалів для друкованих плат
Багато інженерів схильні впадати в помилкову думку «дивляться лише на бренд, а не на параметри» при виборі матеріалів. Фактично, наступні шість показників є основними критеріями для визначення сумісності плати:
1. Діелектрична проникність (Dk) і стабільність: це найважливіший основний параметр високочастотного листового металу, який вимагає низького значення Dk і мінімальних коливань із температурою та частотою. У високочастотних сценаріях допуск Dk слід контролювати в межах ± 0,1, щоб уникнути неконтрольованого відхилення швидкості передачі сигналу. Наприклад, Dk плати Rogers RO4350B стабільно контролюється на рівні 3,48, з коливаннями менше ± 2% у широкому температурному діапазоні від -50 градусів до 150 градусів, повністю задовольняючи суворі екологічні вимоги радара автомобіля.
2. Коефіцієнт діелектричних втрат (Df): він безпосередньо визначає втрату енергії сигналу під час передачі. У високочастотних сценаріях понад 10 ГГц значення Df потрібно контролювати нижче 0,005, щоб уникнути проблеми надмірного ослаблення амплітуди та недостатнього співвідношення-до-сигналу високочастотних сигналів після-проводки на великій відстані. Df звичайної плати FR-4 зазвичай перевищує 0,02, що абсолютно не підходить для високошвидкісної передачі сигналу SerDes понад 25 Гбіт/с.
3. Відповідність коефіцієнту теплового розширення (КТР): Високочастотні високо{1}}швидкісні друковані плати часто постачаються з багато-шаровими мідними конструкціями, а коефіцієнт теплового розширення по осі Z- плати має відповідати характеристикам КТР мідної фольги. В іншому випадку під час багаторазових процесів паяння оплавленням можуть виникнути проблеми з несправністю, такі як руйнування металізованого отвору та зміщення проміжного шару. Високоякісні високочастотні плати будуть модифіковані за допомогою технології керамічного наповнення, щоб контролювати КТР по осі Z- у межах 30 ppm/градус, що значно покращує довгострокову-надійність багато-шарових плат.
4. Шорсткість мідної фольги: при високочастотній передачі сигналу скін-ефект спричинить концентрацію струму на дуже тонкому шарі на поверхні мідної фольги. Надмірна шорсткість мідної фольги значно збільшить втрати в провіднику. Високочастотні та високошвидкісні друковані плати високого класу використовуватимуть низькопрофільну мідну фольгу (HVLP) для контролю шорсткості поверхні в межах 0,2 мкм, що може зменшити втрати провідника більш ніж на 30% у міліметровому діапазоні частот.
5. Швидкість поглинання води: після поглинання води рівномірність діелектричної проникності плати буде безпосередньо змінена, що призведе до раптових змін імпедансу та збільшення втрати сигналу. У високочастотних сценаріях рівень водопоглинання плити повинен бути менше 0,1%. Високочастотні матеріали на основі PTFE за цим показником працюють набагато краще, ніж звичайні підкладки з епоксидної смоли.
6. Теплопровідність: у таких сценаріях, як радіочастотні підсилювачі 5G і карти прискорення штучного інтелекту, локальна щільність теплового потоку високочастотних і високо-швидкісних друкованих плат надзвичайно висока, тому коефіцієнт теплопровідності підкладки повинен становити 0,8 Вт/м · К або вище. Деякі сценарії живлення навіть вимагають використання плат з високою теплопровідністю з коефіцієнтом теплопровідності, що перевищує 2 Вт/м · K, щоб уникнути дрейфу сигналу, спричиненого локальним перегріванням.
Плата друкованих плат із високошвидкісним пакуванням мікронаночіпів: спеціально адаптована для сценаріїв інтеграції високочастотного цифрового сигналу та оптоелектронних пристроїв, що покладається на технологію упаковки мікронанорівня для досягнення надзвичайно високої точності з’єднання, чудово працює під час високо{1}}швидкісної передачі сигналу оптичних модулів 100G і вирішує проблему відбиття сигналу на з’єднанні між оптичними мікросхемами і друковані плати.
14-шарова мідна спіральна плата товщиною 4 унції: розроблено для сценаріїв бездротової зарядки та високочастотних модулів-потужності в нових транспортних засобах із використанням товстої мідної високочастотної підкладки в поєднанні з технологією змішаного тиску для передачі високого струму, забезпечуючи низьку втрату передачі високо-частотних сигналів, вирішуючи галузеву проблему, пов’язану зі складним балансом між високим струмом і високо-частотними сигналами.
Багатошарова плата Роджерса зі змішаним тиском: шляхом міжшарового змішування високочастотних матеріалів, таких як RO4350B, зі звичайними матеріалами fr4, високочастотні підкладки з низькими втратами -використовуються на шарі ключового сигналу, а висока теплопровідність fr4 використовується на шарах живлення та землі. Це значно знижує загальну вартість плати, одночасно забезпечуючи високу-частотну продуктивність, і наразі це основне рішення для вибору РЧ-плат макробазових станцій 5G.
Логіка вибору для типових областей застосування
Вибір високочастотних і високо{0}}швидкісних матеріалів для друкованих плат у різних галузях має абсолютно різні фокуси, і чим вища продуктивність плати, тим вона придатніша
У сфері зв’язку 5G керамічні наповнювачі серії Rogers RO4000 є кращими для антен базових станцій і фронтальних-радіочастотних модулів, щоб збалансувати діелектричну стабільність і сумісність обробки; Об’єднувальна панель високошвидкісного комутатора 200G/400G-у центрі обробки даних використовуватиме високошвидкісні підкладки з надзвичайно низьким Df-, такі як Panasonic Megtron 7, з акцентом на контролі втрат передачі послідовних сигналів вище 25 Гбіт/с.
У сфері автомобільної електроніки: радар міліметрового хвилі 77 ГГц повинен використовувати високочастотні плати з коефіцієнтом діелектричної постійної температури менше ніж 50 ppm/градус, щоб гарантувати, що діапазон виявлення радара не коливається суттєво в межах повного температурного діапазону автомобіля від -40 градусів до 85 градусів; Плата високошвидкісного шлюзу, встановленого в автомобілі, використовуватиме модифіковану високочастотну плату fr4, яка врівноважує вартість і цілісність сигналу, водночас відповідаючи вимогам до надійності автомобільних стандартів IATF16949.
У галузях аерокосмічної та оборонної промисловості високочастотні друковані плати з підкладкою з PTFE є кращими для обладнання супутникового зв’язку, радіолокаційних перешкод та інших сценаріїв. Вони зберігають стабільні діелектричні характеристики в екстремальних космічних середовищах і протистоять сильним вібраційним впливам завдяки спеціальним процесам зміцнення проміжного шару.
У сфері медичних і випробувальних приладів високочастотні друковані плати для котушок МРТ РЧ, аналізатори спектру та інше обладнання вимагають надзвичайно високої рівномірності діелектричної проникності. Зазвичай вибирають імпортовані високочастотні плати високого{1}}класу, щоб уникнути відхилень результатів тестування, спричинених нерівномірними місцевими параметрами плати.
друковані плати fr4, високочастотна друкована плата