شنیده‌ام که بسیاری از مهندسان سخت‌افزار در مرحله انتخاب پروژه با یک سوال اساسی مواجه می‌شوند: چرا ما باید به‌طور خاص تخته‌های مدار RF را برای سناریوهای{0} فرکانس RF بالا انتخاب کنیم، حتی اگر معمولی باشد.برد مدار fr4آیا می توان سیم کشی اولیه را تکمیل کرد؟ به نظر می رسد که هر دو حامل های PCB حامل قطعات الکترونیکی هستند، اما در واقعیت، تفاوت های اساسی در ویژگی های مواد، منطق طراحی، دقت فرآیند و مرزهای کاربرد وجود دارد. انتخاب برد اشتباه می تواند منجر به از دست دادن سیگنال بیش از حد و چرخه های طولانی رفع اشکال پروژه شود، در حالی که در موارد شدید، می تواند مستقیماً باعث خرابی عملکرد محصول و شکست در تست انطباق صنعت شود.
تفاوت های اساسی اصلی: تمایز جامع از مواد به عملکرد
1. منطق انتخاب بستر کاملا متفاوت است
اکثریت قریب به اتفاق بردهای مدار معمولی از زیرلایه‌های پارچه‌ای شیشه‌ای اپوکسی fr4 استفاده می‌کنند که پرکاربردترین بردهای-منظور عمومی در صنعت الکترونیک هستند. آنها به رزین اپوکسی به عنوان یک عامل اتصال متکی هستند، با هزینه کم و سازگاری با پردازش قوی، که کاملاً با نیازهای اکثریت قریب به اتفاق مدارهای دیجیتال با فرکانس پایین{{3} و مدارهای آنالوگ معمولی سازگار است. با این حال، ثابت دی الکتریک آن (Dk) پایداری ضعیفی دارد، با دما و فرکانس بسیار نوسان می کند و ضریب تلفات دی الکتریک بالایی دارد (Df). در سناریوهای با فرکانس بالا-بالای 100 مگاهرتز، انرژی سیگنال به سرعت کاهش می‌یابد و باعث می‌شود نتواند الزامات انتقال سیگنال‌های RF را برآورده کند.
بردهای مدار RF باید از کم تلفات تخصصی استفاده کنندفرکانس بالابسترها در حال حاضر، تابلوهای اصلی در صنعت به سه دسته تقسیم می شوند:
(1) بستر پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE): مدل‌های معرف شامل سری Rogers RT/duroid 5880 و Taicony TLY، با پایداری ثابت دی‌الکتریک بسیار قوی و تلفات دی‌الکتریک کم، به‌ویژه برای سناریوهای فرکانس بالای امواج میلی‌متری بالاتر از 2GHz طراحی شده‌اند.
(2) بستر پرکننده سرامیکی رزین هیدروژن کربن: مدل‌های معرف شامل Rogers RO4350B و Isola I-Tera MT40 هستند که به تعادل عالی بین عملکرد، قابلیت پردازش و هزینه دست می‌یابند. در حال حاضر پرکاربردترین برد اصلی RF در زمینه ایستگاه های پایه 5G و الکترونیک خودرو است.
(3) زیرلایه fr4 با کارایی بالا- اصلاح شده: مدل نماینده Isola FR408HR است که پارامترهای Dk/Df را تا حد زیادی در مقایسه با FR-4 معمولی بهینه می‌کند. هزینه قابل کنترل است و برای سناریوهای حساس به هزینه RF غیر هسته ای از 2.4 گیگاهرتز تا 6 گیگاهرتز مناسب است.
2. الزامات طراحی و دقت فرآیند بسیار متفاوت است
طراحی هسته یک برد مدار معمولی تکمیل اتصالات الکتریکی است، تا زمانی که سیم کشی روشن و خاموش باشد و ظرفیت حمل جریان اولیه را برآورده کند. هیچ الزام اجباری برای کنترل امپدانس وجود ندارد و تحمل برای تحمل عرض سیم کشی و دقت تراز بین لایه ها بالا است.
هسته اصلی طراحی برد مدار RF تضمین یکپارچگی سیگنال است که نیاز به کنترل دقیق امپدانس مشخصه خط انتقال در کل فرآیند دارد. استاندارد صنعت 50 Ω یا 75 Ω است و نیاز انحراف امپدانس بین ± 2٪ تا 3 ±٪ کنترل می شود. هنگام طراحی، لازم است از اصل "کوتاه ترین مسیر سیم کشی" پیروی شود، یکپارچگی صفحه زمین مرجع در کل فرآیند حفظ شود، و از طریق یک زمین متراکم از طریق آرایه، محافظ و ایزوله شود تا از نشت تشعشع سیگنال و تداخل بین سیم کشی مجاور جلوگیری شود. الزامات کنترلی برای زبری ورق مسی، تحمل ضخامت لایه دی الکتریک، و پارامترهای انگلی از طریق سوراخ در طول فرآیند تولید بسیار سخت است، و قابلیت فرآیند کارخانه های PCB معمولی نمی تواند استانداردهای تولید چنین تخته های پیشرفته را پوشش دهد.
نمونه های محصول معمولی
محصولات نماینده برد مدارهای معمولی
برد کنترل صنعتی 8 لایه fr4-برد با ارتفاع بالا: با استفاده از بستر TG fr4 بالا، پشتیبانی از سیم‌کشی مس ضخیم 4Oz، می‌تواند بارهای جریان بالا را در سناریوهای کنترل صنعتی حمل کند، به طور گسترده در کنترل‌کننده‌های روبات صنعتی معمولی و بردهای کنترل خانه هوشمند، با هزینه قابل کنترل و پایداری قوی در تولید انبوه استفاده می‌شود.
|
|
برد مدار 14 لایه مواد M6: متعلق به برد-فرو4 چند لایه با کارایی بالا است که دارای قابلیت انتقال سیگنال با سرعت بالا نیز می باشد. معمولاً در مدار کنترل اصلی مادربردهای سرور الکترونیکی مصرفی و دوربین های امنیتی معمولی استفاده می شود و انتخاب اصلی در زمینه مدار دیجیتال فعلی است.
|
|
برد کنترلی لوازم خانگی معمولی 4 لایه: استفاده از بستر-FR-4 کم هزینه، فرآیند ساده، هزینه تولید انبوه بسیار کم، مناسب برای نیازهای کنترلی اولیه کالاهای سفید و لوازم الکترونیکی مصرفی کوچک.
محصول نماینده برد مدار RF
برد سوراخ کور RO4350B+RO4450F 16 لایه Uniwell: با استفاده از فناوری ولتاژ مختلط فرکانس بالا{4}راجرز، شمع باقیمانده در 50.8 میکرومتر کنترل می‌شود، دقت امپدانس می‌تواند به ± 2% برسد، مخصوصاً برای ایستگاه‌های پایه 5G با توان 6G بالا طراحی شده است. 43dBm، افت درج کمتر یا مساوی 0.4dB/100mm.
|
|
برد PTFE RF رادار موج میلی متری خودرو 77 گیگاهرتز: ساخته شده از بستر PTFE، با ناهمواری خط ریز نوار Ra کمتر یا مساوی 0.08 میکرومتر، انحراف امپدانس کمتر یا مساوی 2 ± درصد، اندازه کلی کنترل شده در 50mm × 50mm، مطابق با الزامات anti vi0brz.
|
|
برد RF مبتنی بر PI ارتباطات ماهواره‌ای: با استفاده از بستر فرکانس{0}بالای پلی‌آمید، محدوده دمای کاری -60 درجه تا 125 درجه، MTBF (میانگین زمان بین خرابی‌ها) بیشتر یا برابر با 100000 ساعت است و می‌تواند سیگنال‌های RF 15 گیگاهرتز را در محیط‌های فضایی شدید به طور پایدار ارسال کند.
حوزه های کاربردی
بردهای مدار معمولی، با فرآیندهای بالغ و هزینه{0}}اثربخشی بسیار بالا، اکثریت قریب به اتفاق سناریوهای هدف کلی- با فرکانس پایین- غیر RF را پوشش می‌دهند:
در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی: برد کنترل لوازم خانگی معمولی، بخش مدار دیجیتال دستگاه های پوشیدنی هوشمند، برد کنترل خانه هوشمند غیر RF
زمینه کنترل صنعتی: کنترلرهای معمولی PLC، بردهای درایو قدرت برای ربات های صنعتی، بردهای پردازش سیگنال سنسور صنعتی غیر دقیق
زمینه امنیت مصرف کننده: برد کنترل اصلی برای دوربین های معمولی، مدار کنترل غیر RF برای سیستم های کنترل دسترسی
بردهای مدار RF محصولات ضروری در سناریوهای فرکانس بالا-با کاربردهای اصلی متمرکز در مناطقی هستند که به کیفیت انتقال سیگنال بسیار بالایی نیاز دارند:
زمینه ارتباط بی سیم: واحد RF ایستگاه پایه 5G/6G، ماژول RF روتر WiFi 7، تجهیزات فرستنده و گیرنده ارتباط ماهواره ای
حوزه الکترونیک خودرو: رادار موج میلی‌متری 77 گیگاهرتز، T{1}}مدار RF BOX، ماژول ارتباطی بلوتوث/5G درجه خودرو
زمینه های هوافضا و دفاع: برد رادار RF هوابرد، ماژول ارتباط موشکی، برد دریافت سیگنال ناوبری ماهواره ای
زمینه تجهیزات پزشکی: مدار انتقال سیگنال برای برد سیم پیچ RF تشدید مغناطیسی و تجهیزات درمانی با فرکانس بالا-
پیشنهادات صنعت انتخاب عملی
کورکورانه به دنبال "بردهای با کارایی بالا" نباشید: اگر فرکانس کاری پروژه شما زیر 100 مگاهرتز است و الزامات کنترل امپدانس دقیقی وجود ندارد، استفاده از یک برد مدار معمولی fr4 می تواند نیازهای شما را به طور کامل برآورده کند. انتخاب اجباری بردهای فرکانس بالا PTFE فقط هزینه ها را 3-5 برابر افزایش می دهد و هیچ ارزش عملی ندارد.
از fr4 معمولی برای "تشکیل اعداد" در سناریوهای RF استفاده نکنید: بسیاری از مهندسان سعی می کنند از fr4 معمولی به جای{2}}بردهای فرکانس بالا در پروژه های RF بالای 2 گیگاهرتز استفاده کنند تا هزینه ها را کاهش دهند. با این حال، این در نهایت منجر به مشکلاتی مانند از دست دادن بیش از حد سیگنال، فاصله ارتباطی ناکافی و تداخل هارمونیک می شود که می تواند به طور قابل توجهی هزینه کلی اشکال زدایی پروژه و حتی تست گواهی ناموفق را افزایش دهد.
برد مدار fr4، فرکانس بالا