Quali sono i materiali di base della scheda ad alta frequenza PCB?

2021-07-15

Author：Evian

Alcuni giorni fa, uno studente laureato ha preso un FR4 elaborato "antenna ricevente" per misurare l'indice 77GHz. Durante l'elaborazione e il collaudo della scheda PCB ad alta frequenza e dell'antenna ricevente, ci sono sempre studiosi che hanno appena iniziato a studiare. Il risultato finale del prodotto non è soddisfacente a causa del PCB ad alta frequenza sbagliato. Oggi ne parlerò. Quali sono i materiali della scheda ad alta frequenza PCB? Come scegliere!

Definizione di scheda ad alta frequenza PCB:

La scheda ad alta frequenza è un genere di circuito speciale con alta frequenza elettromagnetica, che viene utilizzata nei campi di alta frequenza (frequenza maggiore di 300MHz o lunghezza d'onda inferiore a 1m) e microonde (frequenza maggiore di 3GHz o lunghezza d'onda inferiore a 0,1M), È il processo locale di utilizzare il consueto metodo di produzione di circuiti rigidi sul substrato a microonde laminato rivestito di rame o il circuito stampato prodotto utilizzando il metodo di trattamento speciale quando lo si ritiene opportuno. In generale, una scheda ad alta frequenza può essere definita come un circuito con una frequenza superiore a 1GHz. Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia, sempre più strutture sono progettate per essere utilizzate nella banda delle microonde (> 1GHz) o anche nel campo delle onde millimetriche (77GHz) o superiore (ad esempio, la popolare antenna ricevente dell'onda millimetrica 77GHz nel veicolo oggigiorno), il che significa anche che la frequenza è sempre più alta, e i requisiti per il substrato del circuito stampato sono sempre più alti. Ad esempio, il materiale del substrato deve avere buone proprietà elettriche e una stabilità chimica soddisfacente. Con l'aumento della frequenza del segnale di potenza, la perdita sul substrato è molto piccola, quindi la tenuta della piastra ad alta frequenza è evidenziata.

Classificazione del foglio ad alta frequenza PCB:

A. Per materiale:

Materiali organici: resina naturale fenolica, fibra di vetro/resina naturale epossidica, poliimide, metamorfosi/epossidica, ecc.

b. Materiali inorganici: alluminio, rame invar rame, ceramica, ecc. Pricipalmente prende la sua funzione di dissipazione del calore

B. Distinguendo tra prodotti duri e morbidi:

a. PCB rigido,

b. PCB flessibile, PCB rigido-Flex

C. Per struttura:

a. Pannello singolo

b. doppio pannello

c. multi pannello

D. Secondo l'uso:

a.Comunicazione

b.elettronica di consumo

c.militare

d.computer

e.semiconduttore

f.tavola di misura elettrica

Lamiere ad alta velocità comunemente usate (produttori) sono --- fornitura calorosamente gradita di più

Serie di Rogers: RO4003, RO3003, RO4350, RO5880, ecc

Serie Ro3000: Materiali del circuito PTFE basati su supplemento ceramico, i modelli sono: laminato ad alta frequenza ro3003, ro3006, ro3010, ro3035

Serie RT6006: Basato sul materiale del circuito PTFE integrato dalla ceramica della porcellana, è preimpostato per il circuito elettronico e il circuito a microonde con alta costante dielettrica. I modelli sono rt6006 con costante dielettrica di 6,15 e rt6010 con costante dielettrica di 10,2

Serie di TMM: Basato su ceramica, idrato di carbonio, compositi polimerici termoindurenti, modelli: tmm3, tmm4, tmm6, tmm10i, tmm13i e così via.

Serie taconica: serie TLX, serie TLY, ecc

Serie Panasonic: Megtron4, Megtron6, ecc

Serie Isola: FR408HR, IS620, IS680, ecc

Nelco: N4000-13, N4000-13EPSI, ecc

Serie di TUC: Tuc862, 872SLK, 883, 933, ecc

Dongguan Shengyi, Taizhou Wangling, Taixing microonde, Changzhou Zhongying e così via.

Quando si seleziona il substrato per PCB utilizzato nel circuito ad alta frequenza, dovremmo prestare particolare attenzione alle proprietà speciali del materiale DK sotto frequenze diverse. Per i requisiti della trasmissione del segnale ad alta velocità o del controllo dell'impedenza di proprietà speciali, DF e la sua prestazione nelle condizioni di frequenza, temperatura e umidità sono studiati principalmente. A condizione della variazione di frequenza, viene espresso il modello regolare della variazione di valore DK e DF. Soprattutto nella gamma di frequenze da 1 MHz a 1 GHz, i loro valori DK e DF cambiano in modo più superficiale. Ad esempio, il valore DK di FR-4 ordinario è di 4,7 a lmhz e di 4,19 a lghz. Sopra 1 GHz, la variazione di DK tende ad essere delicata. Ad esempio, a 10 GHz, il valore DK del comune FR-4 è 4,15. Per i materiali del substrato ad alta velocità e ad alta frequenza, il valore DK cambia poco quando la frequenza cambia. Alle frequenze da 1 MHz a 1 GHz, il valore DK cambia nell'intervallo 0,02. I valori di DK tendono a diminuire leggermente a frequenze diverse da basse a alte. Il fattore di difetto medio (DF) dei materiali comuni del substrato è influenzato dalla variazione di frequenza (specialmente nell'intervallo di alta frequenza), e la variazione di DF è maggiore di quella di DK. La legge di variazione tende ad aumentare. Per questo motivo, quando un materiale del substrato ha alta frequenza e proprietà speciali, il centro dell'indagine è la sua variazione del valore DF. Ci sono due tipi di materiali del substrato con proprietà speciali di alta velocità e alta frequenza, che hanno proprietà superficiali differenti ad alta frequenza. Uno è che con il cambiamento di frequenza, il suo valore (DF) cambia molto poco. L'altro è simile al materiale comune del substrato nell'intervallo di variazione, ma il suo valore DF è inferiore. La selezione della scheda PCB deve essere nella soddisfazione delle esigenze preimpostate, produzione di massa, metà costo per ottenere il punto di equilibrio. In breve, il presupposto deve includere l'affidabilità elettrica e strutturale. Generalmente, quando una chiave PCB ad alta velocità è preimpostata (frequenza maggiore di GHz), il problema della lamiera sarà più strettamente correlato. Ad esempio, il materiale FR-4, che è comunemente usato al giorno d'oggi, ha un DF molto grande (perdita dielettrica) ad una frequenza di diversi GHz, e potrebbe non essere adatto per l'uso.

Perdita di diverse piastre ad alta frequenza

Ad esempio, il segnale digitale ad alta velocità 10Gb / s è un'onda quadrata, che può essere considerata come la sovrapposizione di segnali sinusoidali con frequenze diverse. Perché questo 10Gb / s contiene molti segnali di frequenza differenti: segnale fondamentale 5GHz, terzo ordine 15GHz, quinto ordine 25ghz, settimo ordine 35GHz segnale, ecc. Mantenere l'integrità del segnale digitale e la ripidità dei bordi superiori e inferiori è la stessa della trasmissione a bassa perdita e bassa distorsione della microonde RF (le armoniche ad alta frequenza del segnale digitale raggiungono la banda a microonde). A causa di questo, in vari aspetti, il materiale PCB del circuito digitale ad alta velocità e le esigenze del circuito a microonde RF sono approssimativamente simili.

Caratteristiche del dominio del segnale di dominio ad alta frequenza

Nell'operazione di ingegneria effettiva, la selezione di fogli ad alta frequenza sembra semplice, ma ci sono ancora troppi fattori a cui pensare. Dopo l'introduzione di questa carta, come ingegnere di progettazione PCB o leader di progetto ad alta velocità, ho una certa comprensione della natura speciale e della selezione del foglio. Comprendere le proprietà elettriche, le proprietà termiche e l'affidabilità della lamiera. E l'uso ragionevole della sovrapposizione, preset un affidabile, buon prodotto di elaborazione, vari fattori per ottimizzare. Successivamente, introdurremo la selezione di lamiere adatte e considereremo i principali fattori:

Fabbricabilità:

Ad esempio, che dire delle prestazioni di pressatura multipla, prestazioni di temperatura, resistenza CAF / calore e tenacità meccanica (buona affidabilità), valutazione antincendio
Tutti i tipi di prestazioni (elettrica, stabilità delle prestazioni, ecc.) abbinati al prodotto:

Danno basso, parametro Dk / DF stabile, luce cromatica a bassa dispersione, piccolo coefficiente di variazione con frequenza e sfondo, piccola tolleranza dello spessore del materiale e del contenuto della colla (buon controllo dell'impedenza). Se il cablaggio è lungo, considerare il problema della lamina di rame a bassa finitura. Inoltre, la simulazione è richiesta nella fase precedente di progettazione del circuito ad alta velocità, e il risultato finale della simulazione è lo standard di riferimento di designâ "XINGSEN scienza e tecnologia Agilent (alta velocità / RF) laboratorio congiunto" risolve il problema che il risultato finale della simulazione non è esattamente lo stesso di quello del test. Ha fatto un gran numero di verifiche a circuito chiuso della simulazione e dei test effettivi. Attraverso il metodo unico, può rendere la simulazione e il test esattamente lo stesso.
Disponibilità dei materiali il prima possibile:

Molti cicli ad alta frequenza di acquisizione e acquisto della lamiera sono molto lunghi, anche 2-3 mesi; Oltre alla piastra ad alta frequenza comune ro4350 ha stoccaggio, molti piatti ad alta frequenza sono richiesti dai clienti. A causa di questo, la domanda di piastre ad alta frequenza e i produttori comunicano con largo anticipo, il prima possibile per prepararsi.
Fattore di costo:

In termini di sensibilità ai prezzi, i prodotti di consumo sono ancora utilizzati nelle industrie della comunicazione, medico, industriale e militare.
L'applicabilità delle leggi e dei regolamenti

Dovremmo integrarci con diverse leggi e regolamenti nazionali di protezione dell'ambiente e soddisfare i requisiti RoHS e senza alogeni. Tra i fattori di cui sopra, la velocità del circuito digitale ad alta velocità è il fattore principale della selezione e del pensiero PCB. Maggiore è l'efficienza del circuito, minore è il valore PCBdf. La scheda con il consumo medio e basso di danno si adatterà al circuito digitale 10gb/s; La scheda con danno inferiore è adatta per il circuito digitale 25gb/s; La scheda di danno ultra-basso sarà adatta a circuiti digitali ad alta velocità più veloci e la sua efficienza può essere 50gb/s o superiore.

Quanto sopra riassume come selezionare la lamiera ad alta frequenza e gli elementi di attenzione preimpostati e l'applicazione effettiva dovrebbe essere basata sui casi specifici.