Pada perangkat-elektronik kelas atas seperti komunikasi 5G, radar gelombang milimeter yang dapat mengemudi secara otonom, dan-sakelar berkecepatan tinggi di pusat data AI, papan sirkuit cetak berkecepatan-berfrekuensi tinggi telah menjadi pembawa inti yang menentukan stabilitas transmisi sinyal sistem. Berbeda dengan biasanyapapan sirkuit fr4yang hanya memenuhi persyaratan koneksi sirkuit dasar, pemilihan materialfrekuensi tinggidan papan sirkuit cetak berkecepatan tinggi-secara langsung menentukan kontrol kerugian, akurasi impedansi, dan keandalan-sinyal jangka panjang dalam pita frekuensi GHz. Hari ini, kami akan secara sistematis menguraikan logika utama pemilihan material PCB frekuensi tinggi dan-kecepatan tinggi mulai dari indikator inti, pemilihan produk umum hingga skenario aplikasi umum.
6 indikator inti untuk pemilihan material PCB frekuensi tinggi dan-kecepatan tinggi
Banyak insinyur yang cenderung salah paham dengan "hanya melihat merek dan bukan parameternya" saat memilih bahan. Faktanya, enam indikator berikut merupakan kriteria inti untuk menentukan kompatibilitas dewan:
1. Konstanta dielektrik (Dk) dan stabilitas: Ini adalah parameter inti paling mendasar dari lembaran logam frekuensi tinggi, yang memerlukan nilai Dk rendah dan fluktuasi minimal terhadap suhu dan frekuensi. Dalam skenario frekuensi tinggi, toleransi Dk harus dikontrol dalam ± 0,1 untuk menghindari penyimpangan kecepatan transmisi sinyal yang tidak terkendali. Misalnya, papan Dk of Rogers RO4350B dikontrol secara stabil pada 3,48, dengan fluktuasi kurang dari ± 2% dalam rentang suhu yang luas -50 derajat hingga 150 derajat, sepenuhnya memenuhi persyaratan lingkungan yang keras dari radar kendaraan.
2. Faktor Kerugian Dielektrik (Df): Secara langsung menentukan hilangnya energi sinyal selama transmisi. Dalam skenario frekuensi tinggi di atas 10GHz, nilai Df perlu dikontrol di bawah 0,005 untuk menghindari masalah redaman amplitudo yang berlebihan dan rasio sinyal-terhadap-noise yang tidak mencukupi dari sinyal frekuensi tinggi setelah pengkabelan jarak-jauh. Df papan FR-4 biasa biasanya di atas 0,02, yang sama sekali tidak cocok untuk transmisi sinyal SerDes berkecepatan tinggi di atas 25Gbps.
3. Pencocokan Koefisien Ekspansi Termal (CTE): Papan sirkuit cetak berkecepatan-frekuensi tinggi sering kali dilengkapi dengan desain tembaga tebal multi-lapisan, dan koefisien muai panas sumbu Z-papan harus sesuai dengan karakteristik CTE pada foil tembaga. Jika tidak, masalah kegagalan seperti retakan lubang metalisasi dan ketidakselarasan antar lapisan cenderung terjadi selama beberapa proses penyolderan reflow. Papan frekuensi tinggi berkualitas tinggi akan dimodifikasi melalui teknologi pengisian keramik untuk mengontrol CTE sumbu Z dalam 30ppm/ derajat, sehingga sangat meningkatkan keandalan jangka panjang papan multi-lapisan.
4. Kekasaran foil tembaga: Dalam transmisi sinyal frekuensi tinggi, efek kulit akan menyebabkan arus terkonsentrasi pada lapisan yang sangat tipis pada permukaan foil tembaga. Kekasaran foil tembaga yang berlebihan akan meningkatkan kehilangan konduktor secara signifikan. Papan sirkuit cetak frekuensi tinggi dan berkecepatan tinggi akan menggunakan foil tembaga profil rendah (HVLP) untuk mengontrol kekasaran permukaan dalam 0,2 μm, yang dapat mengurangi kehilangan konduktor lebih dari 30% pada pita frekuensi gelombang milimeter.
5. Laju penyerapan air: Setelah menyerap air, keseragaman konstanta dielektrik papan akan langsung berubah, mengakibatkan perubahan impedansi secara tiba-tiba dan peningkatan kehilangan sinyal. Dalam skenario frekuensi tinggi, tingkat penyerapan air pada papan harus kurang dari 0,1%. Bahan frekuensi tinggi berbasis PTFE berkinerja jauh lebih baik daripada substrat resin epoksi biasa dalam indikator ini.
6. Konduktivitas termal: Dalam skenario seperti amplifier RF 5G dan kartu akselerasi AI, kerapatan fluks panas lokal pada papan sirkuit tercetak frekuensi tinggi dan berkecepatan tinggi sangatlah tinggi, sehingga memerlukan koefisien konduktivitas termal substrat sebesar 0,8W/m · K atau lebih tinggi. Beberapa skenario daya bahkan memerlukan penggunaan papan konduktivitas termal tinggi dengan koefisien konduktivitas termal melebihi 2W/m · K untuk menghindari penyimpangan sinyal yang disebabkan oleh panas berlebih lokal.
Papan sirkuit cetak kemasan berkecepatan tinggi chip nano mikro: diadaptasi secara khusus untuk sinyal digital frekuensi tinggi dan skenario integrasi perangkat optoelektronik, mengandalkan teknologi pengemasan tingkat nano mikro untuk mencapai akurasi interkoneksi yang sangat tinggi, berkinerja sangat baik dalam transmisi sinyal berkecepatan tinggi modul optik 100G, dan memecahkan masalah pantulan sinyal pada interkoneksi antara chip optik dan papan sirkuit cetak.
Papan koil tembaga setebal 14 lapis 4 ons: dikembangkan untuk skenario pengisian daya nirkabel dan modul RF berdaya tinggi pada kendaraan energi baru, menggunakan substrat tembaga tebal berfrekuensi tinggi dikombinasikan dengan teknologi tekanan campuran untuk membawa arus tinggi sekaligus memastikan transmisi kehilangan sinyal frekuensi tinggi yang rendah, memecahkan masalah industri yang sulit menyeimbangkan antara sinyal frekuensi tinggi dan arus tinggi.
Papan multilapis bertekanan campuran Rogers: Dengan mencampurkan bahan berfrekuensi tinggi seperti RO4350B dengan bahan fr4 biasa, substrat frekuensi tinggi dengan kerugian rendah digunakan pada lapisan sinyal kunci, dan fr4 dengan konduktivitas termal tinggi digunakan pada lapisan daya dan ground. Hal ini secara signifikan mengurangi biaya keseluruhan papan sekaligus memastikan-performa frekuensi tinggi, dan saat ini merupakan solusi pemilihan utama untuk papan RF stasiun pangkalan makro 5G.
Logika pemilihan untuk area aplikasi tipikal
Pemilihan bahan PCB berfrekuensi tinggi dan{0}}berkecepatan tinggi di berbagai industri memiliki fokus yang sangat berbeda, dan semakin tinggi kinerja papan, semakin cocok papan tersebut
Di bidang komunikasi 5G, pelat pengisi keramik seri Rogers RO4000 lebih disukai untuk antena stasiun pangkalan dan modul depan-RF untuk menyeimbangkan stabilitas dielektrik dan kompatibilitas pemrosesan; Backplane switch berkecepatan tinggi 200G/400G di pusat data akan menggunakan substrat Df berkecepatan tinggi yang sangat rendah seperti Panasonic Megtron 7, dengan fokus pada pengendalian hilangnya transmisi sinyal serial di atas 25Gbps.
Di bidang elektronik otomotif: Radar gelombang milimeter 77GHz harus menggunakan papan frekuensi tinggi dengan koefisien suhu konstan dielektrik kurang dari 50ppm/derajat untuk memastikan bahwa jangkauan deteksi radar tidak berfluktuasi secara signifikan dalam kisaran suhu penuh kendaraan sebesar -40 derajat hingga 85 derajat; Pcb gerbang berkecepatan tinggi yang dipasang di mobil akan menggunakan papan fr4 frekuensi tinggi yang dimodifikasi, yang menyeimbangkan biaya dan integritas sinyal, sekaligus memenuhi persyaratan keandalan standar otomotif IATF16949.
Di bidang kedirgantaraan dan pertahanan, papan sirkuit cetak frekuensi tinggi dengan substrat PTFE lebih disukai untuk peralatan komunikasi satelit, pengacau radar, dan skenario lainnya. Mereka mempertahankan kinerja dielektrik yang stabil di lingkungan luar angkasa yang ekstrim dan menahan dampak getaran yang kuat melalui proses penguatan antar lapisan khusus.
Di bidang instrumen medis dan pengujian, papan sirkuit cetak frekuensi tinggi untuk kumparan MRI RF, penganalisis spektrum, dan peralatan lainnya memerlukan keseragaman konstanta dielektrik yang sangat tinggi. Papan frekuensi tinggi-endah yang diimpor biasanya dipilih untuk menghindari penyimpangan hasil pengujian yang disebabkan oleh parameter lokal papan yang tidak merata.
papan sirkuit fr4, PCB frekuensi tinggi