Huippu{0}}elektroniikkalaitteissa, kuten 5G-viestinnässä, autonomisessa ajomillimetriaaltotutkassa ja AI-palvelinkeskusten{2}}nopeissa kytkimissä, korkeataajuisista-nopeista painetuista piirilevyistä on jo tullut ydinkantoaalto, joka määrittää järjestelmän signaalinsiirron vakauden. Toisin kuin tavallisetfr4 piirilevytjotka täyttävät vain peruspiirin liitäntävaatimukset, materiaalivalintakorkea taajuusja nopeat{0}}painetut piirilevyt määräävät suoraan signaalien häviönhallinnan, impedanssin tarkkuuden ja pitkän-luotettavuuden GHz-taajuuskaistalla. Tänään hajotamme järjestelmällisesti korkeataajuisten ja{3}}nopeiden piirilevymateriaalien valinnan avainlogiikkaa ydinindikaattoreista valtavirran tuotevalinnasta tyypillisiin sovellusskenaarioihin.
6 ydinosoitinta korkeataajuisten ja{1}}nopeiden piirilevymateriaalien valinnassa
Monet insinöörit taipuvat materiaaleja valitessaan "katsomaan vain merkkiä, ei parametreja" väärinkäsitykseen. Itse asiassa seuraavat kuusi indikaattoria ovat keskeisiä kriteerejä levyn yhteensopivuuden määrittämisessä:
1. Dielektrisyysvakio (Dk) ja stabiilius: Tämä on korkeataajuisen ohutlevyn perusparametri, joka vaatii alhaisen Dk-arvon ja minimaalisia lämpötilan ja taajuuden vaihteluita. Korkeataajuisissa skenaarioissa Dk-toleranssia tulisi säätää ± 0,1:n sisällä, jotta vältetään signaalin siirtonopeuden hallitsematon poikkeama. Esimerkiksi Dk of Rogers RO4350B -levyä ohjataan vakaasti arvossa 3,48, ja vaihtelut ovat alle ± 2 % laajalla lämpötila-alueella -50 asteesta 150 asteeseen, mikä täyttää täysin ajoneuvotutkan ankarat ympäristövaatimukset.
2. Dielektrinen häviökerroin (Df): Se määrittää suoraan signaalin energiahäviön lähetyksen aikana. Yli 10 GHz:n suurtaajuisissa skenaarioissa Df-arvo on säädettävä alle 0,005:n, jotta vältetään liiallinen amplitudivaimennus ja suurtaajuisten signaalien riittämätön signaali-/-kohinasuhde pitkän-etäisyysjohdotuksen jälkeen. Tavallisen FR-4-kortin Df on yleensä yli 0,02, mikä ei sovellu yli 25 Gbps:n nopeaan SerDes-signaalin siirtoon.
3. Lämpölaajenemiskertoimen (CTE) sovitus: Korkeataajuisissa-nopeissa painetuissa piirilevyissä on usein monikerroksinen paksu kuparirakenne, ja levyn Z--akselin lämpölaajenemiskertoimen on vastattava kuparikalvon CTE-ominaisuuksia. Muutoin vikaantumisongelmia, kuten metalloituneen reiän murtuminen ja välikerrosten kohdistusvirhe, voi esiintyä useiden uudelleenvirtausjuottoprosessien aikana. Korkealaatuisia korkeataajuisia levyjä muokataan keraamisen täyttötekniikan avulla ohjaamaan Z--akselin CTE-arvoa 30 ppm/asteessa, mikä parantaa huomattavasti monikerroslevyjen-pitkäaikaista luotettavuutta.
4. Kuparikalvon karheus: Korkeataajuisessa signaalinsiirrossa ihovaikutus saa virran keskittymään hyvin ohuelle kerrokselle kuparikalvon pinnalla. Liiallinen kuparikalvon karheus lisää merkittävästi johtimen häviötä. Huippuluokan korkeataajuiset ja nopeat{3}}painetut piirilevyt käyttävät matalaprofiilista kuparikalvoa (HVLP) pinnan karheuden säätämiseen 0,2 μm:n sisällä, mikä voi vähentää johtimen häviötä yli 30 % millimetriaaltotaajuuskaistalla.
5. Veden absorptionopeus: Veden imemisen jälkeen levyn dielektrisyysvakion tasaisuus muuttuu suoraan, mikä johtaa äkillisiin impedanssin muutoksiin ja lisääntyneeseen signaalihäviöön. Korkeataajuisissa skenaarioissa levyn vedenabsorptionopeuden on oltava alle 0,1 %. PTFE-pohjaiset korkeataajuiset materiaalit toimivat tässä indikaattorissa paljon paremmin kuin tavalliset epoksihartsisubstraatit.
6. Lämmönjohtavuus: Skenaarioissa, kuten 5G-RF-vahvistimissa ja AI-kiihdytyskorteissa, korkeataajuisten ja{2}}nopeiden painettujen piirilevyjen paikallinen lämpövuon tiheys on erittäin korkea, mikä edellyttää substraatin lämmönjohtavuuskerrointa 0,8 W/m · K tai korkeampi. Jotkut tehoskenaariot vaativat jopa korkean lämmönjohtavuuden levyjen käyttöä, joiden lämmönjohtavuuskerroin ylittää 2 W/m · K, jotta vältetään paikallisen ylikuumenemisen aiheuttama signaalin ajautuminen.
Mikronanopiirin nopea pakkaus, painetut piirilevyt: erityisesti sovitettu korkeataajuisiin digitaalisten signaalien ja optoelektronisten laitteiden integrointiskenaarioihin. Se luottaa mikronanotason pakkausteknologiaan saavuttaakseen erittäin korkean liitäntätarkkuuden, toimii erinomaisesti 100 Gt:n optisten moduulien nopeassa{1}}kytkentäpiirin signaalinsiirrossa ja heijastaa optisten moduulien tulostuspiirin välisen ongelman.
14 kerrosta 4 unssia paksu kuparikelalevy: kehitetty langattoman latauksen ja -tehokkaiden RF-moduuleiden skenaarioihin uusissa energiaajoneuvoissa, joissa käytetään paksua kuparista suurtaajuista substraattia yhdistettynä sekapainetekniikkaan korkean virran siirtämiseen varmistaen samalla korkeataajuisten signaalien alhaisen häviöllisen siirron. Se ratkaisee alan ongelman, joka liittyy vaikeaan tasapainoon korkean virran signaalin}} ja korkeataajuisen{{4} välillä.
Rogersin sekapaineinen monikerroslevy: Kun kerrosten välillä sekoitetaan korkeataajuisia materiaaleja, kuten RO4350B, tavallisten fr4-materiaalien kanssa, avainsignaalikerroksessa käytetään matalahäviöisiä korkeataajuisia substraatteja ja korkean lämmönjohtavuuden fr4 käytetään teho- ja maakerroksissa. Tämä alentaa merkittävästi kortin kokonaiskustannuksia ja varmistaa korkean taajuuden{5}}suorituskyvyn, ja se on tällä hetkellä yleisin valintaratkaisu 5G-makrotukiaseman RF-levyille.
Valintalogiikka tyypillisille sovellusalueille
Korkeataajuisten ja{0}}nopeiden piirilevymateriaalien valinnalla eri teollisuudenaloilla on täysin erilaiset painopisteet, ja mitä korkeampi suorituskyky levyllä on, sitä sopivampi se on
5G-viestinnän alalla Rogers RO4000 -sarjan keraamiset täytelevyt ovat suositeltavia tukiasemien antenneissa ja RF-etu{2}}moduuleissa dielektrisen vakauden ja prosessoinnin yhteensopivuuden tasapainottamiseksi. Palvelinkeskuksen 200 G/400 G:n nopea kytkimen taustalevy käyttää äärimmäisen alhaisen Df{6}}nopeaa substraattia, kuten Panasonic Megtron 7:ää, ja keskittyy hallitsemaan yli 25 Gbps:n sarjasignaalien lähetyshäviöitä.
Autoelektroniikan alalla: 77 GHz:n millimetriaaltotutkassa on käytettävä suurtaajuuskortteja, joiden dielektrisyysvakiolämpötilakerroin on alle 50 ppm/aste, jotta tutkan tunnistusalue ei vaihtele merkittävästi ajoneuvon täydellä lämpötila-alueella -40 - 85 astetta ; Autoon asennetun nopean yhdyskäytävän piirilevyssä käytetään modifioitua korkeataajuista fr4-korttia, joka tasapainottaa kustannukset ja signaalin eheyden samalla kun se täyttää IATF16949-autostandardien luotettavuusvaatimukset.
Ilmailu- ja puolustusalalla korkeataajuisia painettuja piirilevyjä, joissa on PTFE-substraatti, suositaan satelliittiviestintälaitteissa, tutkahäiriöissä ja muissa skenaarioissa. Ne säilyttävät vakaan dielektrisen suorituskyvyn äärimmäisissä avaruusympäristöissä ja kestävät voimakkaita tärinävaikutuksia erityisten kerrostenvälisten vahvistusprosessien ansiosta.
Lääketieteellisten ja testausinstrumenttien alalla korkeataajuiset painetut piirilevyt MRI-RF-keloja, spektrianalysaattoreita ja muita laitteita varten vaativat äärimmäisen tasaisen dielektrisyysvakion. Tuodut korkean tason-korkeataajuiset levyt valitaan yleensä, jotta vältetään levyn epätasaisten paikallisten parametrien aiheuttamat testitulosten poikkeamat.
fr4-piirilevyt, korkeataajuiset piirilevyt