In hoogwaardige elektronische apparaten zoals 5G-communicatie, autonoom rijdende millimetergolfradar en hoge{2}}snelheidsschakelaars in AI-datacenters zijn hoogfrequente hoge-printplaten al de kerndrager geworden die de stabiliteit van de signaaloverdracht van het systeem bepaalt. In tegenstelling tot gewoonfr4-printplatendie alleen voldoen aan de basisvereisten voor circuitaansluitingen, de materiaalkeuze vanhoge frequentieen printplaten met hoge-snelheid bepalen rechtstreeks de verliesbeheersing, impedantienauwkeurigheid en betrouwbaarheid op lange- termijn van signalen in de GHz-frequentieband. Vandaag zullen we systematisch de belangrijkste logica van hoogfrequente en hoge-snelheid PCB-materiaalselectie opsplitsen, van kernindicatoren, reguliere productselectie tot typische toepassingsscenario's.
6 kernindicatoren voor selectie van PCB-materiaal met hoge frequentie en hoge-snelheid
Veel ingenieurs hebben de neiging om in de misvatting te vervallen dat ze bij het selecteren van materialen 'alleen naar het merk kijken en niet naar de parameters'. In feite zijn de volgende zes indicatoren de kerncriteria voor het bepalen van de compatibiliteit van het bord:
1. Diëlektrische constante (Dk) en stabiliteit: Dit is de meest fundamentele kernparameter van hoogfrequent plaatwerk, waarvoor een lage Dk-waarde en minimale schommelingen met temperatuur en frequentie vereist zijn. In hoogfrequente scenario's moet de Dk-tolerantie binnen ± 0,1 worden geregeld om oncontroleerbare afwijkingen in de signaaloverdrachtsnelheid te voorkomen. Het Dk of Rogers RO4350B-bord wordt bijvoorbeeld stabiel geregeld op 3,48, met fluctuaties van minder dan ± 2% binnen een breed temperatuurbereik van -50 graden tot 150 graden, waardoor volledig wordt voldaan aan de strenge omgevingseisen van voertuigradar.
2. Diëlektrische verliesfactor (Df): Deze bepaalt rechtstreeks het energieverlies van het signaal tijdens de verzending. In hoogfrequente scenario's boven 10 GHz moet de Df-waarde onder de 0,005 worden gehouden om het probleem van excessieve amplitudeverzwakking en onvoldoende signaal-tot-ruisverhouding van hoogfrequente signalen na bedrading over lange- afstanden te voorkomen. De Df van een gewoon FR-4-bord ligt meestal boven de 0,02, wat volkomen ongeschikt is voor snelle SerDes-signaaloverdracht boven 25 Gbps.
3. Matching van de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE): Hoogfrequente hoge--snelheid printplaten worden vaak geleverd met meer- dikke koperen ontwerpen, en de thermische uitzettingscoëfficiënt van de plaat op de Z--as moet overeenkomen met de CTE-eigenschappen van de koperfolie. Anders kunnen faalproblemen zoals breuk van gemetalliseerde gaten en verkeerde uitlijning van de tussenlagen optreden tijdens meerdere reflow-soldeerprocessen. Hoge kwaliteit hoogfrequente platen zullen worden aangepast door middel van keramische vultechnologie om de CTE van de Z--as binnen 30 ppm/graad te regelen, waardoor de betrouwbaarheid op lange- termijn van meer- platen aanzienlijk wordt verbeterd.
4. Ruwheid van koperfolie: Bij hoogfrequente signaaloverdracht zal het skin-effect ervoor zorgen dat de stroom zich concentreert op een zeer dunne laag op het oppervlak van de koperfolie. Overmatige ruwheid van de koperfolie zal het geleiderverlies aanzienlijk vergroten. Hoogwaardige printplaten met hoge frequentie en hoge- snelheid zullen gebruik maken van koperfolie met laag profiel (HVLP) om de oppervlakteruwheid binnen 0,2 μm te regelen, waardoor geleiderverlies in de millimetergolffrequentieband met meer dan 30% kan worden verminderd.
5. Waterabsorptiesnelheid: Na het absorberen van water zal de uniformiteit van de diëlektrische constante van het bord direct veranderen, wat resulteert in plotselinge impedantieveranderingen en verhoogd signaalverlies. In hoogfrequente scenario's moet de waterabsorptiesnelheid van de plaat minder dan 0,1% zijn. Hoogfrequente materialen op PTFE-basis presteren veel beter dan gewone epoxyharssubstraten in deze indicator.
6. Thermische geleidbaarheid: In scenario's zoals 5G RF-versterkers en AI-versnellingskaarten is de lokale warmtefluxdichtheid van hoogfrequente en hoge-snelheidsprintplaten extreem hoog, waardoor een thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van het substraat van 0,8 W/m · K of hoger vereist is. Sommige vermogensscenario's vereisen zelfs het gebruik van platen met een hoge thermische geleidbaarheid en een thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van meer dan 2W/m · K om signaalafwijking veroorzaakt door lokale oververhitting te voorkomen.
Micro-nano-chip hoge-snelheid verpakte printplaat: speciaal aangepast voor hoogfrequente digitale signalen en opto-elektronische apparaatintegratiescenario's, vertrouwend op micro-nano-niveau verpakkingstechnologie om extreem hoge interconnectienauwkeurigheid te bereiken, presteert uitstekend bij hoge- signaaloverdracht van 100G optische modules, en lost het probleem op van signaalreflectie bij de verbinding tussen optische chips en printplaten.
14 lagen 4oz dikke koperen spoelplaat: ontwikkeld voor de scenario's van draadloos opladen en hoog-RF-modules in nieuwe energievoertuigen, waarbij gebruik wordt gemaakt van dik koperen hoogfrequente substraat gecombineerd met gemengde druktechnologie om hoge stroom te transporteren en tegelijkertijd de overdracht van hoge- hoogfrequente signalen met laag verlies te garanderen, waardoor het pijnpunt in de industrie van een moeilijk evenwicht tussen hoge stroom en hoogfrequente signalen wordt opgelost.
Rogers meerlagige drukplaat met gemengde druk: Door hoogfrequente materialen zoals RO4350B tussen de lagen te mengen met gewone fr4-materialen, worden hoogfrequente substraten met laag verlies en hoge frequentie gebruikt in de sleutelsignaallaag, en wordt fr4 met een hoge thermische geleidbaarheid gebruikt in de stroom- en grondlagen. Dit verlaagt de totale kaartkosten aanzienlijk en garandeert tegelijkertijd hoge- frequentieprestaties. Dit is momenteel de belangrijkste keuzeoplossing voor RF-kaarten voor 5G-macrobasisstations.
Selectielogica voor typische toepassingsgebieden
De selectie van hoogfrequente en hoge-snelheidsprintplaatmaterialen in verschillende industrieën heeft totaal verschillende aandachtspunten, en hoe hoger de prestaties van het bord, hoe geschikter het is
Op het gebied van 5G-communicatie hebben keramische vulplaten uit de Rogers RO4000-serie de voorkeur voor basisstationantennes en RF-front{2}}-modules om de diëlektrische stabiliteit en verwerkingscompatibiliteit in evenwicht te brengen; De backplane van de 200G/400G hoge--switch in het datacenter zal gebruik maken van extreem lage Df hoge--snelheidssubstraten zoals Panasonic Megtron 7, met de nadruk op het beheersen van het transmissieverlies van seriële signalen boven 25Gbps.
Op het gebied van auto-elektronica: 77GHz millimetergolfradar moet gebruik maken van hoogfrequente kaarten met een diëlektrische constante temperatuurcoëfficiënt van minder dan 50 ppm/graad om ervoor te zorgen dat het radardetectiebereik niet significant fluctueert binnen het volledige temperatuurbereik van het voertuig van -40 graden tot 85 graden; De printplaat van de in de auto gemonteerde hogesnelheidsgateway zal gebruik maken van een gemodificeerd hoogfrequent fr4-bord, dat de kosten en signaalintegriteit in evenwicht houdt en tegelijkertijd voldoet aan de betrouwbaarheidseisen van de IATF16949-autonormen.
Op het gebied van lucht- en ruimtevaart en defensie wordt de voorkeur gegeven aan hoogfrequente printplaten met PTFE-substraat voor satellietcommunicatieapparatuur, radarstoorzenders en andere scenario's. Ze behouden stabiele diëlektrische prestaties in extreme ruimteomgevingen en zijn bestand tegen sterke trillingen dankzij speciale versterkingsprocessen tussen de lagen.
Op het gebied van medische en testinstrumenten vereisen hoogfrequente printplaten voor MRI RF-spoelen, spectrumanalysatoren en andere apparatuur een extreem hoge uniformiteit van de diëlektrische constante. Geïmporteerde high--kaarten met hoge frequentie worden meestal geselecteerd om afwijkingen in de testresultaten te voorkomen die worden veroorzaakt door ongelijke lokale parameters van het bord.
fr4 printplaten, hoogfrequente PCB