Trong các thiết bị điện tử cao cấp như 5G, radar sóng milimet lái xe tự động và các công tắc tốc độ cao trong trung tâm dữ liệu AI, các bảng mạch in tốc độ cao tần số cao đã trở thành sóng mang cốt lõi quyết định độ ổn định của việc truyền tín hiệu hệ thống. Không giống bình thườngbảng mạch fr4chỉ đáp ứng các yêu cầu kết nối mạch cơ bản, việc lựa chọn vật liệu củatần số caovà bảng mạch in tốc độ cao quyết định trực tiếp khả năng kiểm soát tổn thất, độ chính xác trở kháng và độ tin cậy lâu dài của tín hiệu trong dải tần GHz. Hôm nay, chúng tôi sẽ chia nhỏ một cách có hệ thống logic chính của việc lựa chọn vật liệu PCB-tốc độ cao và tần suất cao từ các chỉ số cốt lõi, lựa chọn sản phẩm phổ biến cho đến các tình huống ứng dụng điển hình.
6 chỉ báo cốt lõi để lựa chọn vật liệu pcb tốc độ cao và-cao
Nhiều kỹ sư có xu hướng rơi vào quan niệm sai lầm là “chỉ nhìn vào thương hiệu mà không nhìn vào thông số” khi lựa chọn vật liệu. Trên thực tế, sáu chỉ số sau đây là tiêu chí cốt lõi để xác định khả năng tương thích của bo mạch:
1. Hằng số điện môi (Dk) và độ ổn định: Đây là thông số cốt lõi cơ bản nhất của kim loại tấm tần số cao, yêu cầu giá trị Dk thấp và dao động tối thiểu theo nhiệt độ và tần số. Trong các trường hợp tần số cao, dung sai Dk phải được kiểm soát trong phạm vi ± 0,1 để tránh độ lệch tốc độ truyền tín hiệu không thể kiểm soát được. Ví dụ, bo mạch Dk của Rogers RO4350B được kiểm soát ổn định ở mức 3,48, dao động dưới ± 2% trong phạm vi nhiệt độ rộng từ -50 độ đến 150 độ, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu môi trường khắc nghiệt của radar phương tiện.
2. Hệ số tổn thất điện môi (Df): Nó xác định trực tiếp sự tổn thất năng lượng của tín hiệu trong quá trình truyền. Trong các trường hợp tần số cao trên 10GHz, giá trị Df cần phải được kiểm soát dưới 0,005 để tránh vấn đề suy giảm biên độ quá mức và tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu không đủ của tín hiệu tần số cao sau khi đi dây khoảng cách{6}}dài. Df của bo mạch FR{10}}4 thông thường thường trên 0,02, điều này hoàn toàn không phù hợp để truyền tín hiệu SerDes tốc độ cao trên 25Gbps.
3. Khớp hệ số giãn nở nhiệt (CTE): Các bo mạch in tốc độ cao{1}}tần số cao thường có thiết kế đồng dày nhiều-lớp và hệ số giãn nở nhiệt trục Z- của bo mạch cần phải phù hợp với đặc tính CTE của lá đồng. Mặt khác, các vấn đề hỏng hóc như gãy lỗ kim loại và lệch trục giữa các lớp có thể xảy ra trong quá trình hàn nóng chảy lại nhiều lần. Bảng tần số cao chất lượng cao sẽ được sửa đổi thông qua công nghệ phủ gốm để điều khiển CTE trục Z-trong phạm vi 30ppm/độ, cải thiện đáng kể độ tin cậy-lâu dài của bảng nhiều{9}}lớp.
4. Độ nhám của lá đồng: Khi truyền tín hiệu tần số cao, hiệu ứng bề mặt sẽ khiến dòng điện tập trung vào một lớp rất mỏng trên bề mặt của lá đồng. Độ nhám của lá đồng quá mức sẽ làm tăng đáng kể tổn hao dây dẫn. Các bo mạch in tốc độ cao và tần số cao-cao cấp sẽ sử dụng lá đồng có cấu hình thấp (HVLP) để kiểm soát độ nhám bề mặt trong phạm vi 0,2 μm, có thể giảm tổn thất dây dẫn hơn 30% trong dải tần số sóng milimet.
5. Tốc độ hấp thụ nước: Sau khi hấp thụ nước, tính đồng nhất của hằng số điện môi của bảng sẽ bị thay đổi trực tiếp, dẫn đến trở kháng thay đổi đột ngột và tăng khả năng mất tín hiệu. Trong các trường hợp tần số cao, tỷ lệ hấp thụ nước của bảng phải nhỏ hơn 0,1%. Vật liệu tần số cao dựa trên PTFE hoạt động tốt hơn nhiều so với chất nền nhựa epoxy thông thường trong chỉ báo này.
6. Độ dẫn nhiệt: Trong các trường hợp như bộ khuếch đại RF 5G và thẻ tăng tốc AI, mật độ dòng nhiệt cục bộ của bảng mạch in tốc độ cao và tần số cao-là cực kỳ cao, đòi hỏi hệ số dẫn nhiệt nền là 0,8W/m · K hoặc cao hơn. Một số tình huống nguồn điện thậm chí còn yêu cầu sử dụng bảng dẫn nhiệt cao có hệ số dẫn nhiệt vượt quá 2W/m · K để tránh hiện tượng lệch tín hiệu do quá nhiệt cục bộ.
Bảng mạch in đóng gói-chip micro nano tốc độ cao: được điều chỉnh đặc biệt cho các kịch bản tích hợp thiết bị quang và tín hiệu kỹ thuật số tần số cao, dựa vào công nghệ đóng gói cấp micro nano để đạt được độ chính xác kết nối cực cao, hoạt động xuất sắc trong việc truyền tín hiệu tốc độ cao- của mô-đun quang 100G và giải quyết vấn đề phản xạ tín hiệu khi kết nối giữa chip quang và bảng mạch in.
Bảng mạch cuộn dây đồng dày 14 lớp 4oz: được phát triển cho các trường hợp sạc không dây và mô-đun RF công suất cao-trong các phương tiện năng lượng mới, sử dụng đế tần số cao bằng đồng dày kết hợp với công nghệ áp suất hỗn hợp để mang dòng điện cao trong khi vẫn đảm bảo khả năng truyền tải tín hiệu tần số-cao với mức suy hao thấp, giải quyết vấn đề khó khăn trong ngành là khó cân bằng giữa tín hiệu tần số dòng điện cao và{4}}cao.
Bảng mạch đa lớp áp suất hỗn hợp Rogers: Bằng cách trộn xen kẽ các vật liệu tần số cao như RO4350B với vật liệu fr4 thông thường, chất nền tần số cao-có tổn hao thấp được sử dụng trong lớp tín hiệu chính và fr4 có độ dẫn nhiệt cao được sử dụng trong các lớp nguồn và mặt đất. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí tổng thể của bo mạch trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất tần số-cao và hiện là giải pháp lựa chọn phổ biến cho bo mạch RF của trạm gốc macro 5G.
Logic lựa chọn cho các lĩnh vực ứng dụng điển hình
Việc lựa chọn vật liệu pcb tần số cao và tốc độ cao-trong các ngành khác nhau có trọng tâm hoàn toàn khác nhau và hiệu suất của bo mạch càng cao thì càng phù hợp
Trong lĩnh vực truyền thông 5G, các tấm đệm gốm dòng Rogers RO4000 được ưu tiên sử dụng cho ăng-ten của trạm gốc và mô-đun mặt trước RF-để cân bằng độ ổn định điện môi và khả năng tương thích xử lý; Bảng nối đa năng chuyển đổi tốc độ cao 200G/400G-trong trung tâm dữ liệu sẽ sử dụng nền tảng tốc độ cao Df{6}}cực thấp chẳng hạn như Panasonic Megtron 7, tập trung vào việc kiểm soát tình trạng mất truyền tín hiệu nối tiếp trên 25Gbps.
Trong lĩnh vực điện tử ô tô: radar sóng milimet 77GHz phải sử dụng bảng tần số cao có hệ số nhiệt độ hằng số điện môi nhỏ hơn 50ppm/độ để đảm bảo phạm vi phát hiện của radar không dao động đáng kể trong phạm vi nhiệt độ toàn phần của xe từ -40 độ đến 85 độ ; PCB của cổng tốc độ cao gắn trên ô tô sẽ sử dụng bo mạch fr4 tần số cao đã được sửa đổi, giúp cân bằng chi phí và tính toàn vẹn của tín hiệu, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy của tiêu chuẩn ô tô IATF16949.
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng, bảng mạch in tần số cao với chất nền PTFE được ưa chuộng cho các thiết bị liên lạc vệ tinh, thiết bị gây nhiễu radar và các tình huống khác. Chúng duy trì hiệu suất điện môi ổn định trong môi trường không gian khắc nghiệt và chống lại tác động rung mạnh thông qua các quy trình gia cố giữa các lớp đặc biệt.
Trong lĩnh vực dụng cụ y tế và thử nghiệm, bảng mạch in tần số cao cho cuộn dây MRI RF, máy phân tích phổ và các thiết bị khác đòi hỏi độ đồng đều cực cao của hằng số điện môi. Các bảng tần số cao-cao cấp được nhập khẩu thường được chọn để tránh sai lệch kết quả kiểm tra do các thông số cục bộ của bảng không đồng đều gây ra.
bảng mạch fr4, PCB tần số cao