Em dispositivos eletrônicos-de última geração, como comunicação 5G, radar de ondas milimétricas de condução autônoma e switches de alta-velocidade em data centers de IA, placas de circuito impresso de alta frequência e{3}}velocidade já se tornaram a principal portadora que determina a estabilidade da transmissão do sinal do sistema. Ao contrário do comumplacas de circuito fr4que atendem apenas aos requisitos básicos de conexão do circuito, a seleção do material dealta freqüênciae placas de circuito impresso de{0}}alta velocidade determinam diretamente o controle de perdas, a precisão da impedância e a confiabilidade-de longo prazo dos sinais na banda de frequência de GHz. Hoje, analisaremos sistematicamente a lógica principal da seleção de materiais de PCB de alta frequência e alta{3}}velocidade, desde indicadores principais, seleção de produtos convencionais até cenários de aplicação típicos.
Seis indicadores principais para seleção de materiais de PCB de alta frequência e{1}}alta velocidade
Muitos engenheiros tendem a cair no equívoco de “olhar apenas para a marca e não para os parâmetros” ao selecionar os materiais. Na verdade, os seis indicadores seguintes são os critérios fundamentais para determinar a compatibilidade do conselho:
1. Constante dielétrica (Dk) e estabilidade: Este é o parâmetro central mais fundamental da chapa metálica de alta frequência, exigindo um valor Dk baixo e flutuações mínimas com temperatura e frequência. Em cenários de alta frequência, a tolerância Dk deve ser controlada dentro de ± 0,1 para evitar desvios incontroláveis na velocidade de transmissão do sinal. Por exemplo, a placa Dk of Rogers RO4350B é controlada de forma estável a 3,48, com flutuações de menos de ± 2% dentro de uma ampla faixa de temperatura de -50 graus a 150 graus, atendendo totalmente aos rigorosos requisitos ambientais do radar de veículos.
2. Fator de Perda Dielétrica (Df): Determina diretamente a perda de energia do sinal durante a transmissão. Em cenários de alta frequência acima de 10 GHz, o valor Df precisa ser controlado abaixo de 0,005 para evitar o problema de atenuação de amplitude excessiva e relação sinal-para{5}}ruído insuficiente de sinais de alta frequência após fiação de longa-distância. O Df da placa FR-4 comum geralmente está acima de 0,02, o que é completamente inadequado para transmissão de sinal SerDes de alta velocidade acima de 25 Gbps.
3. Correspondência de coeficiente de expansão térmica (CTE): Placas de circuito impresso de alta frequência e{1}}velocidade geralmente vêm com designs de cobre espesso de múltiplas-camadas, e o coeficiente de expansão térmica do-eixo Z da placa precisa corresponder às características CTE da folha de cobre. Caso contrário, problemas de falha, como fratura de furo metalizado e desalinhamento entre camadas, são propensos a ocorrer durante vários processos de soldagem por refluxo. Placas de alta frequência e alta qualidade serão modificadas por meio da tecnologia de enchimento de cerâmica para controlar o CTE do-eixo Z dentro de 30ppm/grau, melhorando significativamente a confiabilidade-de longo prazo das placas multi-camadas.
4. Rugosidade da folha de cobre: Na transmissão de sinal de alta frequência, o efeito pelicular fará com que a corrente se concentre em uma camada muito fina na superfície da folha de cobre. A rugosidade excessiva da folha de cobre aumentará significativamente a perda do condutor. Placas de circuito impresso de alta frequência e alta{3}}velocidade usarão folha de cobre de baixo perfil (HVLP) para controlar a rugosidade da superfície dentro de 0,2 μm, o que pode reduzir a perda do condutor em mais de 30% na banda de frequência de onda milimétrica.
5. Taxa de absorção de água: Após a absorção de água, a uniformidade da constante dielétrica da placa será alterada diretamente, resultando em mudanças repentinas de impedância e aumento da perda de sinal. Em cenários de alta frequência, a taxa de absorção de água da placa deve ser inferior a 0,1%. Os materiais de alta frequência à base de PTFE têm um desempenho muito melhor do que os substratos de resina epóxi comuns neste indicador.
6. Condutividade térmica: Em cenários como amplificadores de RF 5G e placas de aceleração de IA, a densidade de fluxo de calor local de placas de circuito impresso de alta frequência e alta{2}}velocidade é extremamente alta, exigindo um coeficiente de condutividade térmica do substrato de 0,8 W/m · K ou superior. Alguns cenários de energia exigem até mesmo o uso de placas de alta condutividade térmica com um coeficiente de condutividade térmica superior a 2W/m · K para evitar desvios de sinal causados por superaquecimento local.
Placa de placas de circuito impresso de embalagem de micro nano chip de alta{0}} velocidade: especialmente adaptada para cenários de integração de dispositivos optoeletrônicos e sinais digitais de alta frequência, contando com a tecnologia de empacotamento de nível micro nano para alcançar precisão de interconexão extremamente alta, apresentando excelente desempenho em transmissão de sinal de alta- velocidade de módulos ópticos 100G e resolvendo o problema de reflexão de sinal na interconexão entre chips ópticos e placas de circuito impresso.
Placa de bobina de cobre de 14 camadas e 4 onças de espessura: desenvolvida para cenários de carregamento sem fio e módulos de RF de alta-potência em veículos de energia nova, usando substrato de cobre espesso de alta frequência combinado com tecnologia de pressão mista para transportar alta corrente e, ao mesmo tempo, garantir transmissão de baixa perda de sinais de alta-frequência, resolvendo o problema do setor de difícil equilíbrio entre sinais de alta corrente e alta{4}}frequência.
Placa multicamada de pressão mista Rogers: Ao misturar intercamadas materiais de alta frequência, como RO4350B com materiais fr4 comuns, substratos de baixa perda e alta-frequência são usados na camada de sinal principal, e alta condutividade térmica fr4 é usada nas camadas de energia e terra. Isso reduz significativamente o custo geral da placa e, ao mesmo tempo, garante desempenho de alta-frequência e é atualmente a solução de seleção principal para placas RF de estação base macro 5G.
Lógica de seleção para áreas de aplicação típicas
A seleção de materiais de PCB de alta frequência e{0}}alta velocidade em diferentes setores tem focos completamente diferentes, e quanto maior o desempenho da placa, mais adequada ela é
No campo da comunicação 5G, as placas de preenchimento de cerâmica da série Rogers RO4000 são preferidas para antenas de estações base e módulos frontais-de RF para equilibrar a estabilidade dielétrica e a compatibilidade de processamento; O backplane do switch de alta-velocidade 200G/400G no data center usará substratos de alta-velocidade com Df extremamente baixo, como o Panasonic Megtron 7, com foco no controle da perda de transmissão de sinais seriais acima de 25 Gbps.
No campo da eletrônica automotiva: o radar de ondas milimétricas de 77 GHz deve usar placas de alta frequência com um coeficiente de temperatura constante dielétrica inferior a 50 ppm/grau para garantir que a faixa de detecção do radar não flutue significativamente dentro da faixa total de temperatura do veículo de -40 graus a 85 graus; O PCB do gateway de alta velocidade montado no carro usará uma placa fr4 de alta frequência modificada, que equilibra custo e integridade do sinal, ao mesmo tempo que atende aos requisitos de confiabilidade dos padrões automotivos IATF16949.
Nas áreas aeroespacial e de defesa, placas de circuito impresso de alta frequência com substrato de PTFE são preferidas para equipamentos de comunicação por satélite, bloqueadores de radar e outros cenários. Eles mantêm um desempenho dielétrico estável em ambientes espaciais extremos e resistem a fortes impactos de vibração através de processos especiais de reforço intercalar.
No campo de instrumentos médicos e de teste, placas de circuito impresso de alta frequência para bobinas de RF de ressonância magnética, analisadores de espectro e outros equipamentos exigem uniformidade extremamente alta de constante dielétrica. Placas importadas-de alta frequência geralmente são selecionadas para evitar desvios nos resultados do teste causados por parâmetros locais irregulares da placa.
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