ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับไฮเอนด์- เช่น การสื่อสาร 5G เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรในการขับขี่อัตโนมัติ และ-สวิตช์ความเร็วสูงในศูนย์ข้อมูล AI แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง-ความเร็วสูงได้กลายเป็นตัวพาหลักที่กำหนดความเสถียรของการส่งสัญญาณของระบบแล้ว ไม่เหมือนธรรมดาแผงวงจร fr4ที่ตรงตามข้อกำหนดการเชื่อมต่อวงจรพื้นฐานเท่านั้น การเลือกใช้วัสดุความถี่สูงและแผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูง-จะกำหนดการควบคุมการสูญเสีย ความแม่นยำของอิมพีแดนซ์ และ-ความน่าเชื่อถือในระยะยาวของสัญญาณในย่านความถี่ GHz ได้โดยตรง วันนี้ เราจะแจกแจงตรรกะที่สำคัญของการเลือกวัสดุ PCB ความถี่สูงและความเร็วสูง-อย่างเป็นระบบจากตัวบ่งชี้หลัก การเลือกผลิตภัณฑ์กระแสหลักไปจนถึงสถานการณ์การใช้งานทั่วไป
ตัวบ่งชี้ 6 หลักสำหรับการเลือกวัสดุ PCB ความถี่สูงและ-ความเร็วสูง
วิศวกรหลายคนมักเข้าใจผิดว่า "ดูที่แบรนด์เท่านั้น ไม่ใช่พารามิเตอร์" เมื่อเลือกวัสดุ อันที่จริง ตัวชี้วัดหกประการต่อไปนี้เป็นเกณฑ์หลักในการพิจารณาความเข้ากันได้ของบอร์ด:
1. ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dk) และความเสถียร: นี่คือพารามิเตอร์หลักพื้นฐานที่สุดของแผ่นโลหะความถี่สูง ซึ่งต้องการค่า Dk ต่ำและความผันผวนของอุณหภูมิและความถี่น้อยที่สุด ในสถานการณ์ที่มีความถี่สูง ค่าความคลาดเคลื่อน Dk ควรได้รับการควบคุมภายใน ± 0.1 เพื่อหลีกเลี่ยงการเบี่ยงเบนของความเร็วในการส่งสัญญาณที่ไม่สามารถควบคุมได้ ตัวอย่างเช่น บอร์ด Dk of Rogers RO4350B ได้รับการควบคุมอย่างเสถียรที่ 3.48 โดยมีความผันผวนน้อยกว่า ± 2% ภายในช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ -50 องศาถึง 150 องศา ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงของเรดาร์ยานพาหนะอย่างเต็มที่
2. Dielectric Loss Factor (Df): จะกำหนดการสูญเสียพลังงานของสัญญาณโดยตรงระหว่างการส่งสัญญาณ ในสถานการณ์ความถี่สูงที่สูงกว่า 10GHz ค่า Df จะต้องได้รับการควบคุมต่ำกว่า 0.005 เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการลดทอนของแอมพลิจูดที่มากเกินไปและอัตราส่วนสัญญาณ-ต่อ-สัญญาณรบกวนของสัญญาณความถี่สูงไม่เพียงพอ- หลังจากการเดินสายระยะไกล- ค่า Df ของบอร์ด FR-4 ธรรมดามักจะสูงกว่า 0.02 ซึ่งไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการส่งสัญญาณ SerDes ความเร็วสูงที่สูงกว่า 25Gbps
3. การจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE): แผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูง-ความถี่สูงมักจะมาพร้อมกับการออกแบบทองแดงหนาหลาย- ชั้น และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแกน Z- ของบอร์ดจำเป็นต้องตรงกับคุณลักษณะ CTE ของฟอยล์ทองแดง มิฉะนั้น ปัญหาความล้มเหลว เช่น การแตกหักของรูที่เป็นโลหะและการวางแนวระหว่างชั้นที่ไม่ถูกต้อง มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์หลายครั้ง บอร์ดความถี่สูงคุณภาพสูงจะได้รับการปรับเปลี่ยนผ่านเทคโนโลยีการเติมเซรามิกเพื่อควบคุม CTE แกน Z- ภายใน 30ppm/ องศา ซึ่งช่วยเพิ่ม-ความน่าเชื่อถือในระยะยาวของบอร์ดหลาย-เลเยอร์ได้อย่างมาก
4. ความหยาบของฟอยล์ทองแดง: ในการส่งสัญญาณความถี่สูง ผลกระทบของผิวหนังจะทำให้กระแสพุ่งไปที่ชั้นบางมากบนพื้นผิวของฟอยล์ทองแดง ความหยาบของฟอยล์ทองแดงที่มากเกินไปจะทำให้การสูญเสียตัวนำเพิ่มขึ้นอย่างมาก แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงและความเร็วสูง-จะใช้ฟอยล์ทองแดงโปรไฟล์ต่ำ (HVLP) เพื่อควบคุมความหยาบของพื้นผิวภายใน 0.2 μm ซึ่งสามารถลดการสูญเสียตัวนำได้มากกว่า 30% ในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร
5. อัตราการดูดซึมน้ำ: หลังจากดูดซับน้ำ ความสม่ำเสมอของค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของบอร์ดจะเปลี่ยนไปโดยตรง ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างกะทันหันและการสูญเสียสัญญาณที่เพิ่มขึ้น ในสถานการณ์ที่มีความถี่สูง อัตราการดูดซึมน้ำของบอร์ดจะต้องน้อยกว่า 0.1% วัสดุความถี่สูงที่ใช้ PTFE ทำงานได้ดีกว่าพื้นผิวอีพอกซีเรซินทั่วไปในตัวบ่งชี้นี้
6. การนำความร้อน: ในสถานการณ์ต่างๆ เช่น เครื่องขยายสัญญาณ RF 5G และการ์ดเร่งความเร็ว AI ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนเฉพาะที่ของแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงและความเร็วสูง-จะสูงมาก โดยต้องใช้ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของพื้นผิวที่ 0.8W/m · K หรือสูงกว่า สถานการณ์พลังงานบางสถานการณ์จำเป็นต้องใช้แผงการนำความร้อนสูงโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนเกิน 2W/m · K เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณเบี่ยงเบนที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น
แผงวงจรพิมพ์บรรจุภัณฑ์ความเร็วสูง-ชิปไมโครนาโน: ดัดแปลงเป็นพิเศษสำหรับสถานการณ์การรวมสัญญาณดิจิทัลความถี่สูงและอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ โดยอาศัยเทคโนโลยีการบรรจุระดับไมโครนาโนเพื่อให้ได้ความแม่นยำในการเชื่อมต่อที่สูงมาก ดำเนินการได้อย่างดีเยี่ยมในการส่งสัญญาณความเร็วสูง-ของโมดูลออปติคัล 100G และแก้ปัญหาการสะท้อนของสัญญาณที่การเชื่อมต่อระหว่างชิปออปติคัลและแผงวงจรพิมพ์
บอร์ดคอยล์ทองแดงหนา 4 ออนซ์ 14 ชั้น: พัฒนาขึ้นสำหรับสถานการณ์การชาร์จแบบไร้สายและโมดูล RF กำลังสูง-ในยานพาหนะพลังงานใหม่ โดยใช้ซับสเตรตความถี่สูงทองแดงหนารวมกับเทคโนโลยีแรงดันผสมเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าสูงในขณะเดียวกันก็รับประกันการสูญเสียการส่งสัญญาณความถี่สูง-ที่ต่ำ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาจุดเจ็บปวดของอุตสาหกรรมในเรื่องความสมดุลที่ยากลำบากระหว่างสัญญาณกระแสสูงและ-ความถี่สูง
บอร์ดหลายชั้นแรงดันผสมของ Rogers: โดยการผสมระหว่างชั้นวัสดุความถี่สูง เช่น RO4350B กับวัสดุ fr4 ธรรมดา วัสดุซับสเตรตความถี่สูงที่สูญเสียสูง-จะถูกนำมาใช้ในชั้นสัญญาณหลัก และใช้การนำความร้อนสูง fr4 ในชั้นพลังงานและชั้นพื้นดิน ซึ่งช่วยลดต้นทุนโดยรวมของบอร์ดลงได้อย่างมาก ขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพความถี่สูง- และปัจจุบันเป็นโซลูชันการเลือกกระแสหลักสำหรับบอร์ด RF สถานีฐานมาโคร 5G
ลอจิกการเลือกสำหรับพื้นที่การใช้งานทั่วไป
การเลือกใช้วัสดุ PCB ความถี่สูงและ-ความเร็วสูงในอุตสาหกรรมต่างๆ มีจุดมุ่งเน้นที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และยิ่งประสิทธิภาพของบอร์ดสูงเท่าไรก็ยิ่งเหมาะสมมากขึ้นเท่านั้น
ในด้านการสื่อสาร 5G แผ่นเติมเซรามิกซีรีส์ Rogers RO4000 เป็นที่ต้องการสำหรับเสาอากาศสถานีฐานและโมดูล RF ส่วนหน้า- เพื่อสร้างสมดุลความเสถียรของไดอิเล็กทริกและความเข้ากันได้ในการประมวลผล แบ็คเพลนสวิตช์ความเร็วสูง- 200G/400G ในศูนย์ข้อมูลจะใช้ซับสเตรต Df ความเร็วสูง-ที่ต่ำมาก เช่น Panasonic Megtron 7 โดยมุ่งเน้นที่การควบคุมการสูญเสียการส่งสัญญาณอนุกรมที่สูงกว่า 25Gbps
ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์: เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร 77GHz ต้องใช้บอร์ดความถี่สูงที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคงที่ไดอิเล็กทริกน้อยกว่า 50ppm/ องศา เพื่อให้แน่ใจว่าช่วงการตรวจจับเรดาร์จะไม่ผันผวนอย่างมีนัยสำคัญภายในช่วงอุณหภูมิเต็มของยานพาหนะที่ -40 องศาถึง 85 องศา ; PCB ของเกตเวย์ความเร็วสูงที่ติดตั้งในรถยนต์จะใช้บอร์ด fr4 ความถี่สูงที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งทำให้ต้นทุนและความสมบูรณ์ของสัญญาณสมดุล ขณะเดียวกันก็ตรงตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือของมาตรฐานยานยนต์ IATF16949
ในด้านการบินและอวกาศและการป้องกัน แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงที่มีซับสเตรต PTFE เป็นที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์สื่อสารผ่านดาวเทียม เครื่องรบกวนเรดาร์ และสถานการณ์อื่นๆ พวกเขารักษาประสิทธิภาพไดอิเล็กตริกที่เสถียรในสภาพแวดล้อมพื้นที่สุดขีดและต้านทานแรงกระแทกการสั่นสะเทือนที่รุนแรงผ่านกระบวนการเสริมแรงระหว่างชั้นพิเศษ
ในด้านเครื่องมือทางการแพทย์และการทดสอบ แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงสำหรับคอยล์ MRI RF เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม และอุปกรณ์อื่นๆ ต้องการค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่สม่ำเสมอสูงมาก โดยปกติแล้วบอร์ดความถี่สูงระดับสูงที่นำเข้า-จะถูกเลือกเพื่อหลีกเลี่ยงความเบี่ยงเบนของผลการทดสอบที่เกิดจากพารามิเตอร์ท้องถิ่นที่ไม่สม่ำเสมอของบอร์ด
แผงวงจร fr4, PCB ความถี่สูง