De diëlektrische constante is een belangrijke indicator vanHigh - frequentiePCB -boards, die een cruciale invloed hebben op de prestaties van de signaaloverdracht.
Basisconcepten van diëlektrische constante
Diëlektrische constante, ook bekend als permittiviteit, is een belangrijke fysieke hoeveelheid die het vermogen van diëlektrische materialen meet om elektrische energie op te slaan onder de werking van een elektrisch veld. In hoog - frequentie afgedrukte printplaten weerspiegelt de diëlektrische constante de responskenmerken van het materiaal op elektrische velden. Wanneer een elektrisch veld op de PCB -bord wordt toegepast, genereert de polarisatie van het diëlektric geïnduceerde ladingen. Hoe hoger de diëlektrische constante, hoe meer energie het materiaal opslaat en hoe langzamer de voortplantingssnelheid van het elektrische veld erin. Vanuit een microscopisch perspectief worden atomen of moleculen in diëlektrica beïnvloed door een elektrisch veld, waardoor veranderingen in ladingsverdeling veroorzaken en elektrische dipolen vormen die de neiging hebben zich aan te passen aan de richting van het elektrische veld, waardoor het elektrische veld wordt beïnvloed. Verschillende materialen hebben verschillende polarisatievaardigheden als gevolg van verschillen in atoomstructuur en moleculaire samenstelling, wat resulteert in variërende diëlektrische constanten. De diëlektrische luchtconstante is bijvoorbeeld dicht bij 1, terwijl de diëlektrische constante van hoge - frequentie PCB-planken meestal tussen 2-10 ligt.
Factoren die de diëlektrische constante van hoge - frequentie PCB -boards beïnvloeden
Chemische samenstelling van plaatmetaal
Het harssysteem heeft een aanzienlijke invloed op de diëlektrische constante. De diëlektrische constante van polytetrafluorethyleenhars is ongeveer 2,2, wat geschikt is voor scenario's die een hoge signaaltransmissiesnelheid vereisen; De diëlektrische constante van thermohardende polyfenyleenether hars ligt tussen 3.0 - 3.8; Het koolwaterstofharssysteem varieert van 2,5 tot 3,5; Gewone epoxyhars is niet geschikt voor hoge - frequentie en hogesnelheidstoepassingen vanwege de polaire groepen en diëlektrische constante van 4-5. Bovendien kan het toevoegen van lage diëlektrische constante vulstoffen zoals keramiek de interne elektrische veldverdeling van de bord veranderen en de equivalente diëlektrische constante verminderen. Glasvezeldoek, als versterkingsmateriaal, heeft een diëlektrische constante van 6-7. Ongelijke inhoud en verdeling van glasvezeldoek kunnen regionale verschillen in de diëlektrische constante van het bord veroorzaken, wat de signaaloverdracht beïnvloedt.
omgevingsfactoren
Een toename van de temperatuur zal de thermische beweging van materiaalmoleculen intensiveren, intermoleculaire interacties veranderen en de diëlektrische constante verhogen. Net als bij conventionele FR-4-vellen kan de diëlektrische constante variëren met maximaal 20% tussen 0-70 graden, wat de signaalvertraging beïnvloedt. Vochtigheid is even kritisch, met een waterdiëlektrische constante van maximaal 70. Nadat het bord water absorbeert, verandert de elektrische veldverdeling en neemt de diëlektrische constante toe. In vochtige omgevingen wordt de kwaliteit van signaaloverdracht gemakkelijk beïnvloed.
frequentie
Onder hoog - frequentie elektrische velden, kan de polarisatie van het diëlektric niet de veranderingen in het elektrische veld bijhouden, de mate van polarisatie verzwakt en de diëlektrische constante afneemt. Gewoon nemenFR-4Board als een voorbeeld, de diëlektrische constante is ongeveer 4,7 bij 1 megahertz en neemt af tot 4,19 bij 1 Gigahertz en de verandering vertraagt boven 1 Gigahertz. Hoge frequentie en hoog - snelheid PCB -planken moeten stabiele diëlektrische constante over een breed frequentiebereik houden om de signaaltransmissieprestaties te garanderen.
De invloed van de diëlektrische constante op hoogfrequente PCB -signaaltransmissie
Signaaltransmissiesnelheid
Volgens de elektromagnetische theorie is de transmissiesnelheid van signalen in een vel omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de diëlektrische constante. Lage diëlektrische constante platen kunnen de signaaltransmissiesnelheid aanzienlijk verbeteren, de latentie verminderen en voldoen aan de behoeften van scenario's zoals 5G -communicatie en hoge - snelheidsgegevensoverdracht. Als het RF -circuit van 5G -basisstations lage diëlektrische constante polytetrluorethyleenplaten gebruikt, kan het de efficiëntie van de signaaloverdracht effectief verbeteren.
karakteristieke impedantie
Karakteristieke impedantie is een belangrijke parameter in hoog {- frequentie PCB -ontwerp en de berekening ervan is gerelateerd aan de diëlektrische constante. Afwijking in diëlektrische constante kan de karakteristieke impedantie veroorzaken af te wijken van de ontwerpwaarde, wat leidt tot signaalreflectie en verzwakking. In RF -circuits kan impedantie -mismatch staande golven genereren en circuitprestaties verminderen, dus precieze controle van de diëlektrische constante is cruciaal.
Signaal verzwakking
Hoge diëlektrische constante materialen hebben een hoge mate van polarisatie, sterke intermoleculaire interacties en zijn vatbaar voor het absorberen van signaalergie en het omzetten in thermische energie, wat resulteert in signaalverzwakking. In lange - afstand hoog - snelheidssignaaltransmissie, zoals hoge - snelheidsbackboards en datacenter interconnectielijnen, het selecteren van lage diëlektrische constante en lage verliesborden kunnen de signaalversterking effectief verminderen en de transmissiekwaliteit waarborgen.
Meetmethode voor diëlektrische constante van hoog - frequentie PCB -kaart
Transmissielijnmethode
De transmissielijnmethode wordt vaak gebruikt, inclusief de methode Microstrip Line en Strip Line. De Microstrip -lijnmethode gebruikt een bord als een diëlektrisch substraat, meet transmissieparameters via een netwerkanalysator en beveelt omgekeerd elektrische constanten aan. Het is een industriële standaardmethode die volgt op de relevante specificaties van de handleiding van de International Electronic Industry Association Test Methods. De striplijnregel maakt gebruik van een striplijnresonator om de resonantiefrequentie en kwaliteitsfactor te meten en combineert theoretische of simulatieberekeningen om de complexe diëlektrische constante te berekenen. Het is geschikt voor het meten van onbekende diëlektrische constante materialen
Resonantiemethode
De resonantiemethode omvat het plaatsen van een monster gemaakt van plaatmetaal in een resonerende holte en het berekenen van de diëlektrische constante op basis van de veranderingen in resonantiefrequentie en kwaliteitsfactor van de holte voor en na het inbrengen. Deze methode heeft een hoge nauwkeurigheid, maar vereist strikte apparatuur en monsterbereiding en wordt vaak gebruikt voor precieze laboratoriummetingen.
Vereisten voor diëlektrische constante van hoog - frequentie PCB -boards in verschillende toepassingsscenario's
5G Communicatieveld
Modules gebruiken vaak koolwaterstofharsplaten of polytetrluorethyleenborden met een diëlektrische constante van 2,5-3,5
5G -signalen hebben een hoge frequentie en snelle transmissiesnelheid, die een lage diëlektrische constante en goede frequentiestabiliteit van het bord vereisen, evenals een goede omgevingsweerstand. Rf front - einde
Automotive elektronica -veld
Auto -radar- en voertuignetwerksystemen vereisen een hoge - precisiesignaaltransmissie. In millimetergolfradar-toepassingen worden keramische gevulde thermohardende materiaalbladen met een diëlektrische constante van 3-4 en sterke stabiliteit geselecteerd om een nauwkeurige signaaloverdracht in complexe omgevingen te garanderen.
ruimtevaartveld
Aerospace -elektronische apparatuur wordt geconfronteerd met extreme omgevingen die een stabiele diëlektrische constante van het bord vereisen over een breed temperatuurbereik, terwijl voldoet aan de vereisten van lichtgewicht en stralingsweerstand. Polyimidesubstraten worden veel gebruikt vanwege hun weerstand op hoge temperatuur en stabiele diëlektrische constante. De diëlektrische constante van hoge {- frequentie PCB -kaart beïnvloedt de prestaties van de signaaloverdracht, die door verschillende aspecten worden uitgevoerd, van basisconcepten, die factoren beïnvloeden tot meetmethoden en toepassingen. Met de ontwikkeling van 5G, automotive -elektronica, ruimtevaart en andere gebieden, is het onderzoek en de ontwikkeling van PCB -boards met een lage diëlektrische constante en hoge stabiliteit een trend geworden, die elektronische technologie naar nieuwe hoogten zal brengen.