در دستگاههای الکترونیکی پیشرفته مانند ارتباطات 5G، رادار موج میلیمتری رانندگی مستقل، و سوئیچهای سرعت بالا در مراکز داده هوش مصنوعی، بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا{3} در حال حاضر به حامل اصلی تبدیل شدهاند که پایداری انتقال سیگنال سیستم را تعیین میکند. بر خلاف معمولیبرد مدار fr4که فقط الزامات اتصال مدار اولیه، انتخاب مواد را برآورده می کندفرکانس بالاو بردهای مدار چاپی با سرعت بالا مستقیماً کنترل تلفات، دقت امپدانس و قابلیت اطمینان بلندمدت سیگنالها در باند فرکانس گیگاهرتز را تعیین میکنند. امروز، ما به طور سیستماتیک منطق کلیدی انتخاب مواد PCB با فرکانس بالا و سرعت بالا{3}}را از شاخص های اصلی، انتخاب محصول اصلی تا سناریوهای کاربردی معمولی تجزیه می کنیم.
6 نشانگر اصلی برای انتخاب مواد PCB با فرکانس بالا و سرعت بالا-
بسیاری از مهندسان تمایل دارند هنگام انتخاب مواد در این تصور اشتباه قرار بگیرند که "فقط به برند نگاه می کنند و نه پارامترها". در واقع، شش شاخص زیر معیارهای اصلی برای تعیین سازگاری هیئت مدیره هستند:
1. ثابت دی الکتریک (Dk) و پایداری: این پارامتر اساسی ترین هسته ورق فلزی فرکانس بالا است که به مقدار Dk کم و حداقل نوسانات دما و فرکانس نیاز دارد. در سناریوهای فرکانس بالا، تحمل Dk باید در 0.1 ± کنترل شود تا از انحراف سرعت انتقال سیگنال غیرقابل کنترل جلوگیری شود. به عنوان مثال، برد Dk of Rogers RO4350B به طور پایدار در 3.48 کنترل می شود، با نوسانات کمتر از ± 2٪ در محدوده دمایی گسترده ای از -50 درجه تا 150 درجه، که به طور کامل نیازهای محیطی سخت رادار خودرو را برآورده می کند.
2. ضریب تلفات دی الکتریک (Df): مستقیماً اتلاف انرژی سیگنال را در حین انتقال تعیین می کند. در سناریوهای فرکانس بالا بالای 10 گیگاهرتز، مقدار Df باید زیر 0.005 کنترل شود تا از مشکل تضعیف دامنه بیش از حد و نسبت سیگنال ناکافی به سیگنالهای فرکانس بالا پس از سیمکشی مسافتهای طولانی جلوگیری شود. Df برد معمولی FR{10}}4 معمولاً بالای 0.02 است که برای انتقال سیگنال SerDes با سرعت بالای 25 گیگابیت بر ثانیه کاملاً نامناسب است.
3. تطبیق ضریب انبساط حرارتی (CTE): بردهای مدار چاپی با سرعت بالا با فرکانس بالا اغلب دارای طرحهای مسی با ضخامت چند لایه هستند و ضریب انبساط حرارتی محور Z- برد باید با ویژگیهای CTE فویل مسی مطابقت داشته باشد. در غیر این صورت، مشکلات شکست مانند شکستگی سوراخ فلزی و ناهماهنگی بین لایهها در طی فرآیندهای لحیم کاری چندگانه با جریان مجدد رخ میدهند. بردهای فرکانس بالا با کیفیت بالا از طریق فناوری پرکننده سرامیکی برای کنترل CTE محور Z در 30ppm/درجه اصلاح میشوند و قابلیت اطمینان طولانیمدت بردهای چند لایه را تا حد زیادی بهبود میبخشد.
4. زبری فویل مس: در انتقال سیگنال با فرکانس بالا، اثر پوستی باعث تمرکز جریان بر روی یک لایه بسیار نازک روی سطح فویل مسی می شود. زبری بیش از حد ورق مسی باعث افزایش قابل توجهی از دست دادن هادی می شود. بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا و سرعت بالا از فویل مسی با مشخصات پایین (HVLP) برای کنترل زبری سطح در عرض 0.2 میکرومتر استفاده میکنند که میتواند تلفات رسانا را تا بیش از 30 درصد در باند فرکانس موج میلیمتری کاهش دهد.
5. میزان جذب آب: پس از جذب آب، یکنواختی ثابت دی الکتریک برد به طور مستقیم تغییر می کند و در نتیجه تغییرات امپدانس ناگهانی و افزایش تلفات سیگنال ایجاد می شود. در سناریوهای فرکانس بالا، میزان جذب آب تخته باید کمتر از 0.1٪ باشد. مواد با فرکانس بالا مبتنی بر PTFE بسیار بهتر از بسترهای رزین اپوکسی معمولی در این نشانگر عمل می کنند.
6. رسانایی حرارتی: در سناریوهایی مانند تقویتکنندههای RF 5G و کارتهای شتاب هوش مصنوعی، چگالی شار حرارتی موضعی بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا و سرعت بالا بسیار بالا است و به ضریب هدایت حرارتی زیرلایه 0.8W/m · K یا بالاتر نیاز دارد. برخی از سناریوهای قدرت حتی نیاز به استفاده از بردهای هدایت حرارتی بالا با ضریب هدایت حرارتی بیش از 2W/m · K دارند تا از جابجایی سیگنال ناشی از گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری شود.
برد مدار چاپی بستهبندی با سرعت بالای میکرو نانو تراشه-: مخصوصاً برای سناریوهای یکپارچهسازی سیگنال دیجیتال فرکانس بالا و سناریوهای یکپارچهسازی دستگاههای الکترونیکی نوری، با تکیه بر فناوری بستهبندی سطح میکرو نانو برای دستیابی به دقت بسیار بالا در اتصال، عملکرد عالی در-سرعت بالا، انتقال سیگنال با سرعت بالا و انتقال سیگنال optosolt ماژول 1 از ماژول اتصال بین تراشه های نوری و بردهای مدار چاپی
برد کویل مسی 14 لایه با ضخامت 4 اونس: برای سناریوهای شارژ بیسیم و ماژولهای RF پرقدرت{{2} در وسایل نقلیه با انرژی جدید، با استفاده از بستر ضخیم مسی فرکانس بالا همراه با فناوری فشار مخلوط برای حمل جریان بالا و در عین حال تضمین انتقال کم تلفات سیگنالهای فرکانس بالا-، حل مشکل تعادل بین سیگنالهای با فرکانس بالا{4}در صنعت.
تخته چند لایه فشار مختلط راجرز: با اختلاط بین لایه ای مواد با فرکانس بالا مانند RO4350B با مواد fr4 معمولی، بسترهای کم اتلاف فرکانس بالا در لایه سیگنال کلید و ضریب هدایت حرارتی بالا fr4 در لایه های برق و زمین استفاده می شود. این به طور قابل توجهی هزینه کلی برد را کاهش میدهد و در عین حال عملکرد فرکانس بالا را تضمین میکند و در حال حاضر راهحل اصلی انتخاب برای بردهای RF ایستگاه پایه ماکرو 5G است.
منطق انتخاب برای مناطق کاربردی معمولی
انتخاب مواد pcb با فرکانس بالا و{0}}سرعت بالا در صنایع مختلف تمرکزهای کاملاً متفاوتی دارد و هر چه عملکرد برد بالاتر باشد، مناسبتر است.
در زمینه ارتباطات 5G، صفحات پرکننده سرامیکی سری Rogers RO4000 برای آنتنهای ایستگاه پایه و ماژولهای انتهایی جلویی RF برای تعادل پایداری دی الکتریک و سازگاری پردازش ترجیح داده میشوند. صفحه پشتی سوئیچ با سرعت بالا 200G/400G در مرکز داده از بسترهای با سرعت بسیار پایین Df- مانند Panasonic Megtron 7 با تمرکز بر کنترل از دست دادن سیگنال های سریال بالای 25 گیگابیت بر ثانیه استفاده می کند.
در زمینه الکترونیک خودرو: رادار موج میلی متری 77 گیگاهرتز باید از تخته های فرکانس بالا با ضریب دمای ثابت دی الکتریک کمتر از 50ppm/درجه استفاده کند تا اطمینان حاصل شود که محدوده تشخیص رادار به طور قابل توجهی در محدوده دمای کامل خودرو از -40 درجه تا 85 درجه تغییر نمی کند. PCB دروازه پرسرعت نصب شده روی خودرو از برد fr4 با فرکانس بالا اصلاح شده استفاده می کند که هزینه و یکپارچگی سیگنال را متعادل می کند، در حالی که الزامات قابلیت اطمینان استانداردهای خودرو IATF16949 را برآورده می کند.
در زمینههای هوافضا و دفاع، بردهای مدار چاپی فرکانس بالا با بستر PTFE برای تجهیزات ارتباطی ماهوارهای، پارازیتهای رادار و سایر سناریوها ترجیح داده میشوند. آنها عملکرد دی الکتریک پایدار را در محیط های فضایی شدید حفظ می کنند و از طریق فرآیندهای تقویت بین لایه ای ویژه در برابر ضربه های لرزش قوی مقاومت می کنند.
در زمینه ابزارهای پزشکی و آزمایشی، بردهای مدار چاپی فرکانس بالا برای سیم پیچ های MRI RF، آنالایزرهای طیف و سایر تجهیزات نیاز به یکنواختی بسیار بالایی از ثابت دی الکتریک دارند. بردهای با فرکانس بالا{1}بالا وارداتی معمولاً برای جلوگیری از انحراف نتیجه آزمایش ناشی از پارامترهای محلی ناهموار برد انتخاب میشوند.
برد مدار fr4، PCB فرکانس بالا