در الکترونیک فرکانس بالا، که سیگنال ها در 1 گیگاهرتز و فراتر از آن حرکت می کنند، انتخاب مواد فقط یک جزئیات نیست؛ این پایه عملکرد است.یا فرستنده های ماهواره ای، مواد مناسب PCB به طور مستقیم بر یکپارچگی سیگنال، محدوده و قابلیت اطمینان تاثیر می گذارد. انتخاب نادرست، و شما با از دست دادن سیگنال بیش از حد، شکست های حرارتی یا عملکرد ناسازگار روبرو خواهید شد.این راهنما عوامل مهم در انتخاب مواد PCB با فرکانس بالا را تجزیه می کند، با مقایسه های کنار هم برای ساده کردن تصمیم شما.
خواص کلیدی که مواد PCB فرکانس بالا را تعریف می کنند
سیگنال های فرکانس بالا (1 گیگاهرتز+) رفتار متفاوتی نسبت به سیگنال های کم سرعت دارند: آنها نسبت به مقاومت، گرما و حتی تغییرات کوچک در بستر PCB حساس تر هستند.تمرکز بر این املاک غیر قابل معامله:
ثابت دی الکتریک (Dk): اندازه گیری می کند که یک ماده چقدر انرژی الکتریکی را ذخیره می کند. برای فرکانس های بالا، ثبات، Dk پایین، تغییرات مهم است (حتی ± 0.2) باعث عدم تطابق مقاومت و بازتاب سیگنال می شود.
Tangent Loss (Df): انرژی از دست رفته به عنوان گرما را نشان می دهد. Df پایین تر = از دست دادن کمتر؛ برای سیگنال های دوربرد (به عنوان مثال برج های 5G) ضروری است.
رسانایی حرارتی: مدارهای فرکانس بالا گرما تولید می کنند؛ مواد با انتقال حرارتی خوب (≥ 0.5 W / m · K) از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کنند.
مقاومت در برابر رطوبت: آب Dk و Df را افزایش می دهد. مواد با جذب کم آب (< 0.1٪) در محیط های مرطوب عملکرد بهتری دارند.
مواد برتر برای تولید PCB فرکانس بالا
همه ی زیربناها یکسان نیستند. اینگونه است که محبوب ترین مواد فرکانس بالا جمع می شوند:
| مواد |
Dk (10 GHz) |
Df (10 GHz) |
رسانایی حرارتی (W/m·K) |
حداکثر دمای عملیاتی (°C) |
جذب آب (٪) |
کاربرد های ایده آل |
هزینه (نسبی) |
| FR-4 (استانداردی) |
4.245 |
0.02 ۰025 |
0.25 |
130 |
0.15 ۰2 |
دستگاه های کم هزینه <2 گیگاهرتز (به عنوان مثال، روترهای Wi-Fi) |
کم |
| روجرز RO4350B |
3.48 |
0.0037 |
0.62 |
140 |
0.04 |
سنسورهای 5G بین باند متوسط (36 گیگاهرتز) |
متوسط |
| Isola I-Tera MT |
3.0 |
0.0025 |
0.8 |
160 |
0.05 |
پس زمینه های با سرعت بالا (25+ گیگابایت در ثانیه) |
متوسط تا بالا |
| PTFE (بر اساس تفلون) |
2.1 ¥23 |
0.0009 |
0.25 |
260 |
<0.01 |
مایکروویو (24 + GHz) ، ارتباطات ماهواره ای |
بالا |
| نلوکو N4000-13E |
3.6 |
0.0027 |
0.5 |
150 |
0.06 |
رادار خودرو (77 گیگاهرتز) ، 5G mmWave |
متوسط |
چگونگی انتخاب مواد مناسب برای پروژه
برای تطبیق مواد با کاربرد، این چارچوب را دنبال کنید:
1با الزامات فرکانس شروع کنید
a.<2 GHz: استاندارد FR-4 برای طرح های حساس به هزینه (به عنوان مثال، روترهای مصرف کننده) کار می کند.
b.2 ٫6 GHz (5G sub-6): Rogers RO4350B عملکرد و هزینه را متعادل می کند.
c.24+ GHz (mmWave/radar): PTFE یا Isola I-Tera MT از دست دادن در فرکانس های فوق العاده بالا را به حداقل می رسانند.
2فاکتور در شرایط محیطی
a. محیط های بیرونی / خشن: جذب آب کم (به عنوان مثال، Rogers RO4350B، PTFE) را اولویت بندی کنید تا از تغییر Dk در باران / رطوبت جلوگیری شود.
b. تنظیمات درجه حرارت بالا (به عنوان مثال، بخش های موتور خودرو): مواد با Tg (درجه حرارت انتقال شیشه ای) > 150 °C را انتخاب کنید (به عنوان مثال، Isola I-Tera MT).
3. عملکرد و هزینه تعادل
PTFE کمترین ضرر را ارائه می دهد اما 3 × 5 برابر بیشتر از FR4 هزینه دارد. برای نمونه سازی یا پروژه های حجم کم، Rogers RO4350B نقطه شیرین را می کشد. برای ماژول های تولید انبوه 5G،Nelco N4000-13E هزینه های واحد را کاهش می دهد در حالی که قابلیت اطمینان را حفظ می کند.
4. اطمینان از سازگاری تولید
برخی از مواد فرکانس بالا (به عنوان مثال PTFE) نیاز به ساخت تخصصی دارند:
a. حفاری لیزر برای تحمل های تنگ.
b. لامیناسیون کنترل شده برای جلوگیری از انحراف.
ج.قابلیت با مس نازک (1/2 اونس) برای ردیاب های ظریف.
با تولیدکنندگان با تجربه در مواد انتخاب شده خود کار کنید
اشتباهاتی که باید از آنها اجتناب کنیم
a. عدم توجه به ثبات Dk: یک ماده با Dk خوب اما تغییرات زیاد (به عنوان مثال ± 0.5) باعث ایجاد مشکلات مانع می شود. اولویت پذیری Dk تنگ (± 0.2)
ب. نادیده گرفتن مدیریت حرارتی: مواد با Df بالا (به عنوان مثال FR-4 استاندارد در 6 گیگاهرتز) باعث تولید گرما بیش از حد می شوند؛ آنها را با بخاری های حرارتی جفت کنید یا به جایگزین های Df پایین تغییر دهید.
c.انتخاب تنها بر اساس هزینه: صرفه جویی 10٪ در مواد می تواند منجر به 50٪ بالاتر از نرخ شکست در آزمایشات میدانی شود
نتیجه گیری
انتخاب مواد PCB با فرکانس بالا به تطبیق نیازهای عملکرد با محدودیت های عملی می پردازد. برای طرح های 5G، رادار یا مایکروویو، اولویت Dk کم، Df کم و پایداری زیست محیطی.برای سنجش گزینه ها از جدول مقایسه استفاده کنید، و با تولید کنندگان در ابتدا همکاری کنید تا سازگاری را تضمین کنید.
مواد مناسب نه تنها از از دست دادن سیگنال جلوگیری می کنند بلکه تمام پتانسیل طراحی فرکانس بالا را باز می کنند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
