في الأجهزة الإلكترونية المتطورة-مثل اتصالات 5G، ورادار الموجات المليمترية ذاتية القيادة، والمفاتيح عالية السرعة-في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد-السرعة هي الناقل الأساسي الذي يحدد استقرار نقل إشارة النظام. على عكس العاديلوحات الدوائر fr4التي تلبي فقط متطلبات اتصال الدائرة الأساسية، واختيار الموادتردد عاليوتحدد لوحات الدوائر المطبوعة عالية السرعة -مباشرة التحكم في الخسارة ودقة المعاوقة وموثوقية الإشارات على المدى الطويل-في نطاق التردد جيجاهرتز. اليوم، سنقوم بشكل منهجي بتحليل المنطق الأساسي لاختيار مواد PCB ذات التردد العالي والسرعة العالية-من المؤشرات الأساسية واختيار المنتج السائد إلى سيناريوهات التطبيق النموذجية.
6 مؤشرات أساسية لاختيار مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات التردد العالي والسرعة العالية
يميل العديد من المهندسين إلى الوقوع في المفهوم الخاطئ المتمثل في "النظر فقط إلى العلامة التجارية وليس المعلمات" عند اختيار المواد. في الواقع، المؤشرات الستة التالية هي المعايير الأساسية لتحديد مدى توافق اللوحة:
1. ثابت العزل الكهربائي (Dk) والاستقرار: هذا هو المعلم الأساسي الأكثر أهمية للصفائح المعدنية عالية التردد، ويتطلب قيمة Dk منخفضة والحد الأدنى من التقلبات مع درجة الحرارة والتردد. في سيناريوهات التردد العالي، يجب التحكم في تسامح Dk ضمن ± 0.1 لتجنب انحراف سرعة إرسال الإشارة الذي لا يمكن التحكم فيه. على سبيل المثال، يتم التحكم في لوحة Dk of Rogers RO4350B بثبات عند 3.48، مع تقلبات أقل من ± 2% ضمن نطاق درجة حرارة واسع من -50 درجة إلى 150 درجة، مما يلبي تمامًا المتطلبات البيئية القاسية لرادار السيارة.
2. عامل فقدان العزل الكهربائي (Df): يحدد بشكل مباشر فقدان طاقة الإشارة أثناء الإرسال. في سيناريوهات التردد العالي التي تزيد عن 10 جيجا هرتز، يجب التحكم في قيمة Df أقل من 0.005 لتجنب مشكلة التوهين المفرط للسعة وعدم كفاية نسبة الإشارة -إلى-الضوضاء للإشارات عالية التردد بعد توصيل الأسلاك لمسافات طويلة-. عادةً ما يكون Df للوحة FR-4 العادية أعلى من 0.02، وهو غير مناسب تمامًا لنقل إشارة SerDes عالي السرعة فوق 25 جيجابت في الثانية.
3. مطابقة معامل التمدد الحراري (CTE): غالبًا ما تأتي لوحات الدوائر المطبوعة عالية السرعة- ذات التردد العالي مع تصميمات نحاسية سميكة متعددة-الطبقات، ويجب أن يتطابق معامل التمدد الحراري للمحور Z- للوحة مع خصائص CTE لرقائق النحاس. وبخلاف ذلك، فإن مشكلات الفشل مثل كسر الثقب المعدني واختلال الطبقات البينية تكون عرضة لحدوثها أثناء عمليات اللحام بإعادة التدفق المتعددة. سيتم تعديل اللوحات ذات التردد العالي عالية الجودة من خلال تقنية الحشو الخزفي للتحكم في المحور Z -CTE خلال 30 جزء في المليون/ درجة، مما يؤدي إلى تحسين الموثوقية على المدى الطويل -لللوحات متعددة-الطبقات بشكل كبير.
4. خشونة رقائق النحاس: في نقل الإشارات عالية التردد، سيؤدي تأثير الجلد إلى تركيز التيار على طبقة رقيقة جدًا على سطح رقائق النحاس. ستؤدي خشونة رقائق النحاس المفرطة إلى زيادة فقدان الموصل بشكل كبير. ستستخدم لوحات الدوائر المطبوعة ذات التردد العالي والسرعة العالية- رقائق النحاس منخفضة الحجم (HVLP) للتحكم في خشونة السطح في حدود 0.2 ميكرومتر، مما يمكن أن يقلل فقدان الموصل بنسبة تزيد عن 30% في نطاق تردد الموجة المليمترية.
5. معدل امتصاص الماء: بعد امتصاص الماء، سيتم تغيير انتظام ثابت العزل الكهربائي للوحة مباشرة، مما يؤدي إلى تغيرات مفاجئة في المعاوقة وزيادة فقدان الإشارة. في سيناريوهات التردد العالي، يجب أن يكون معدل امتصاص الماء للوحة أقل من 0.1%. تعمل المواد عالية التردد المعتمدة على PTFE بشكل أفضل بكثير من ركائز راتنجات الايبوكسي العادية في هذا المؤشر.
6. التوصيل الحراري: في سيناريوهات مثل مكبرات الصوت 5G RF وبطاقات تسريع الذكاء الاصطناعي، تكون كثافة التدفق الحراري المحلي للوحات الدوائر المطبوعة ذات التردد العالي والسرعة العالية-عالية للغاية، مما يتطلب معامل توصيل حراري للركيزة يبلغ 0.8 وات/م · كلفن أو أعلى. وتتطلب بعض سيناريوهات الطاقة أيضًا استخدام لوحات ذات موصلية حرارية عالية مع معامل توصيل حراري يتجاوز 2 وات/م · كلفن لتجنب انحراف الإشارة الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
لوحة دوائر مطبوعة ذات شريحة ميكرو نانو عالية السرعة-: تم تكييفها خصيصًا للإشارات الرقمية عالية التردد وسيناريوهات تكامل الأجهزة الإلكترونية الضوئية، وتعتمد على تقنية التغليف على مستوى ميكرو نانو لتحقيق دقة عالية للغاية في الاتصال البيني، والأداء الممتاز في نقل الإشارات بسرعة عالية- للوحدات الضوئية 100 جيجا، وحل مشكلة انعكاس الإشارة عند التوصيل البيني بين الرقائق الضوئية ولوحات الدوائر المطبوعة.
لوح ملف نحاسي بسمك 4 أونصات مكون من 14 طبقة: تم تطويره لسيناريوهات الشحن اللاسلكي ووحدات التردد اللاسلكي عالية الطاقة- في مركبات الطاقة الجديدة، وذلك باستخدام ركيزة نحاسية سميكة عالية التردد مقترنة بتقنية الضغط المختلط لتحمل تيارًا عاليًا مع ضمان نقل منخفض الفقد للإشارات ذات التردد العالي-، مما يحل مشكلة التوازن الصعب في الصناعة بين إشارات التيار العالي والتردد العالي-.
لوحة روجرز متعددة الطبقات ذات الضغط المختلط: من خلال خلط الطبقات البينية للمواد عالية التردد مثل RO4350B مع مواد fr4 العادية، يتم استخدام ركائز التردد العالي - ذات الفقد المنخفض في طبقة الإشارة الرئيسية، ويتم استخدام الموصلية الحرارية العالية fr4 في طبقات الطاقة والأرض. يؤدي هذا إلى تقليل التكلفة الإجمالية للوحة بشكل كبير مع ضمان أداء عالي التردد-، وهو حاليًا حل الاختيار السائد للوحات التردد اللاسلكي لمحطة الماكرو 5G.
منطق الاختيار لمجالات التطبيق النموذجية
إن اختيار مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد والسرعة-في الصناعات المختلفة له نقاط تركيز مختلفة تمامًا، وكلما ارتفع أداء اللوحة، كلما كانت أكثر ملاءمة
في مجال اتصالات 5G، يُفضل استخدام لوحات الحشو الخزفية من سلسلة Rogers RO4000 لهوائيات المحطة الأساسية والوحدات الطرفية الأمامية للتردد اللاسلكي - لتحقيق التوازن بين استقرار العزل الكهربائي وتوافق المعالجة؛ ستستخدم اللوحة الإلكترونية المعززة ذات السرعة العالية 200G/400G في مركز البيانات ركائز ذات سرعة Df عالية-منخفضة للغاية مثل Panasonic Megtron 7، مع التركيز على التحكم في فقدان إرسال الإشارات التسلسلية التي تزيد عن 25 جيجابت في الثانية.
في مجال إلكترونيات السيارات: يجب أن يستخدم رادار الموجات المليمترية 77 جيجا هرتز لوحات عالية التردد مع معامل درجة حرارة عازلة ثابتة أقل من 50 جزء في المليون / درجة لضمان عدم تقلب نطاق كشف الرادار بشكل كبير ضمن نطاق درجة الحرارة الكاملة للمركبة -40 درجة إلى 85 درجة؛ سوف يستخدم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بالبوابة عالية السرعة المثبتة على السيارة لوحة fr4 عالية التردد المعدلة، والتي تعمل على موازنة التكلفة وسلامة الإشارة، مع تلبية متطلبات الموثوقية لمعايير السيارات IATF16949.
في مجالات الطيران والدفاع، تُفضل لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد مع ركيزة PTFE لمعدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وأجهزة تشويش الرادار والسيناريوهات الأخرى. إنها تحافظ على أداء عازل مستقر في بيئات الفضاء القاسية وتقاوم تأثيرات الاهتزاز القوية من خلال عمليات تعزيز الطبقات البينية الخاصة.
في مجال الأدوات الطبية وأدوات الاختبار، تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد لملفات الترددات اللاسلكية الخاصة بالتصوير بالرنين المغناطيسي ومحللات الطيف وغيرها من المعدات توحيدًا عاليًا للغاية لثابت العزل الكهربائي. عادةً ما يتم تحديد اللوحات المستوردة عالية التردد-لتجنب انحراف نتيجة الاختبار الناتج عن المعلمات المحلية غير المتساوية للوحة.
لوحات الدوائر fr4، ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد