В-електронни устройства от висок клас, като 5G комуникация, радар с автономно управление на милиметрови вълни и високо-скоростни превключватели в AI центрове за данни, високочестотните високо{3}}скоростни печатни платки вече са се превърнали в основния носител, който определя стабилността на предаването на системния сигнал. За разлика от обикновенитеfr4 платкикоито отговарят само на основните изисквания за свързване на веригата, изборът на материалвисока честотаи високо{0}}скоростните печатни платки директно определят контрола на загубите, точността на импеданса и дългосрочната-надеждност на сигналите в GHz честотната лента. Днес систематично ще разбием ключовата логика на високочестотния и високо{3}}скоростния избор на материал за печатни платки от основните индикатори, основния избор на продукт до типични сценарии за приложение.
6 основни индикатора за високочестотен и високо{1}}скоростен избор на печатни платки
Много инженери са склонни да изпадат в погрешното схващане, че „гледат само марката, а не параметрите“, когато избират материали. Всъщност следните шест индикатора са основните критерии за определяне на съвместимостта на платката:
1. Диелектрична константа (Dk) и стабилност: Това е най-фундаменталният основен параметър на високочестотната ламарина, изискваща ниска стойност на Dk и минимални колебания с температура и честота. При високочестотни сценарии толерансът на Dk трябва да се контролира в рамките на ± 0,1, за да се избегне неконтролируемо отклонение на скоростта на предаване на сигнала. Например, платката Dk на Rogers RO4350B се контролира стабилно при 3,48, с колебания от по-малко от ± 2% в широк температурен диапазон от -50 градуса до 150 градуса, като напълно отговаря на суровите екологични изисквания на радара за превозни средства.
2. Коефициент на диелектрични загуби (Df): Той директно определя загубата на енергия на сигнала по време на предаване. При високочестотни сценарии над 10 GHz стойността на Df трябва да се контролира под 0,005, за да се избегне проблемът с прекомерното затихване на амплитудата и недостатъчното съотношение сигнал-към-шум на високочестотни сигнали след окабеляване на дълги-разстояния. Df на обикновена платка FR-4 обикновено е над 0,02, което е напълно неподходящо за високоскоростно предаване на сигнал SerDes над 25Gbps.
3. Съвпадение на коефициента на топлинно разширение (CTE): Високочестотните високо{1}}скоростни печатни платки често идват с много-слойни дебели медни дизайни и коефициентът на топлинно разширение по оста Z- на платката трябва да съответства на CTE характеристиките на медното фолио. В противен случай проблеми с повреда, като счупване на метализирана дупка и разместване на междинния слой, са предразположени да се появят по време на многократни процеси на запояване чрез препълване. Висококачествените платки с висока честота ще бъдат модифицирани чрез технология за керамично запълване, за да контролират CTE по Z-ос в рамките на 30ppm/градус, значително подобрявайки дългосрочната-надеждност на много-слойните платки.
4. Грапавост на медното фолио: При високочестотно предаване на сигнала скин-ефектът ще накара тока да се концентрира върху много тънък слой върху повърхността на медното фолио. Прекомерната грапавост на медното фолио значително ще увеличи загубата на проводник. Високите високочестотни и високо{3}}скоростни печатни платки ще използват нископрофилно медно фолио (HVLP) за контролиране на грапавостта на повърхността в рамките на 0,2 μm, което може да намали загубата на проводник с повече от 30% в честотната лента на милиметровите вълни.
5. Степен на абсорбция на вода: След абсорбиране на вода, равномерността на диелектричната константа на платката ще бъде директно променена, което ще доведе до внезапни промени на импеданса и увеличена загуба на сигнал. При сценарии с висока честота степента на водопоглъщане на плоскостта трябва да бъде по-малка от 0,1%. Високочестотните материали на основата на PTFE се представят много по-добре от обикновените субстрати от епоксидна смола по този показател.
6. Топлинна проводимост: В сценарии като 5G RF усилватели и карти за ускорение на изкуствен интелект локалната плътност на топлинния поток на високочестотни и високо-скоростни печатни платки е изключително висока, което изисква коефициент на топлопроводимост на субстрата от 0,8 W/m · K или по-висок. Някои сценарии за захранване дори изискват използването на платки с висока топлопроводимост с коефициент на топлопроводимост над 2 W/m · K, за да се избегне отклонение на сигнала, причинено от локално прегряване.
Платка с печатни платки с високо-скоростно опаковане на микро нано чип: специално адаптирана за сценарии за интегриране на високочестотен цифров сигнал и оптоелектронни устройства, разчитаща на технология за опаковане на микро нано ниво за постигане на изключително висока точност на взаимното свързване, представящо се отлично при високо{1}}скоростно предаване на сигнал на 100G оптични модули и решаване на проблема с отражението на сигнала при взаимното свързване между оптичните чипове и печатни платки.
14 слоя медна бобина с дебелина 4 унции: разработена за сценариите на безжично зареждане и високо-мощни RF модули в нови енергийни превозни средства, използвайки дебел меден високочестотен субстрат, комбиниран с технология със смесено налягане за пренасяне на висок ток, като същевременно осигурява предаване с ниски загуби на високо-честотни сигнали, решавайки болната точка в индустрията на трудния баланс между висок ток и високо-честотни сигнали.
Многослойна платка със смесено налягане на Роджърс: Чрез междинно смесване на високочестотни материали като RO4350B с обикновени fr4 материали се използват високочестотни субстрати с ниски загуби-в ключовия сигнален слой и висока топлопроводимост fr4 се използва в захранващия и заземяващия слой. Това значително намалява общата цена на платката, като същевременно осигурява висока-честотна производителност и понастоящем е основното решение за избор на RF платки за 5G макро базови станции.
Логика на избор за типични области на приложение
Изборът на високочестотни и високо{0}}скоростни печатни платки в различни индустрии има напълно различни фокуси и колкото по-висока е производителността на платката, толкова по-подходяща е тя
В областта на 5G комуникацията керамичните плочи за пълнене на Rogers RO4000 се предпочитат за антени на базови станции и RF предни-модули, за да се балансира диелектричната стабилност и съвместимостта на обработката; 200G/400G високоскоростна-задна платка на комутатора в центъра за данни ще използва изключително ниски Df високо{6}}скоростни субстрати като Panasonic Megtron 7, с фокус върху контролирането на загубата на предаване на серийни сигнали над 25Gbps.
В областта на автомобилната електроника: радарът с милиметрови вълни от 77GHz трябва да използва високочестотни платки с температурен коефициент на диелектрична постоянна по-малък от 50ppm/градус, за да се гарантира, че обхватът на откриване на радара няма да варира значително в рамките на пълния температурен диапазон на превозното средство от -40 градуса до 85 градуса; Печатната платка на монтирания в автомобила високоскоростен шлюз ще използва модифицирана високочестотна fr4 платка, която балансира цената и целостта на сигнала, като същевременно отговаря на изискванията за надеждност на автомобилните стандарти IATF16949.
В областта на космическото пространство и отбраната високочестотните печатни платки с PTFE субстрат са предпочитани за сателитно комуникационно оборудване, заглушители на радар и други сценарии. Те поддържат стабилни диелектрични характеристики в екстремни космически среди и издържат на силни вибрационни въздействия чрез специални процеси на укрепване на междинния слой.
В областта на медицинските и тестови инструменти високочестотните печатни платки за MRI RF бобини, спектрални анализатори и друго оборудване изискват изключително висока еднородност на диелектричната константа. Импортираните високочестотни платки от висок-клас обикновено се избират, за да се избегне отклонение в резултатите от теста, причинено от неравномерни локални параметри на платката.
fr4 платки, високочестотна печатна платка