Was ist eine Hochfrequenz Leiterplatten? Eine Hochfrequenz Leiterplatten (High Frequency PCB) ist eine spezielle Leiterplatte (PCB), die speziell für die Verarbeitung und Übertragung von Hochfrequenz signalen (in der Regel über 100 MHz, wobei Mikrowellen und Millimeterwellenbänder mit noch höheren Frequenzen arbeiten) entwickelt wurde. Ihre Kernmerkmale liegen in der Verwendung spezifischer Materialien und spezieller Designs, um die Stabilität, Integrität und geringe Verluste bei der Hochfrequenzsignalübertragung zu gewährleisten.
Eigenschaften von Hochfrequenz Leiterplatten:
1.Die Dielektrizitätskonstante (DK) sollte niedrig und ausreichend stabil sein; im Allgemeinen ist ein niedrigerer Wert vorzuziehen, da eine hohe DK zu Signalverzögerungen führen kann.
2.Der dielektrische Verlustfaktor (DF) sollte minimal sein, da dieser in erster Linie die Qualität der Signalübertragung beeinflusst; ein niedrigerer DF reduziert entsprechend die Signaldämpfung.
3.Der Wärmeausdehnungskoeffizient sollte so nah wie möglich an dem von Kupferfolie liegen, da Abweichungen zu einer Delaminierung während des Temperaturwechsels führen können.
4.Die Wasseraufnahme muss in feuchten Umgebungen gering sein, da eine hohe Aufnahme DK und DF negativ beeinflusst.
5.Eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Schlagfestigkeit und Delaminierungsbeständigkeit sind unerlässlich.
Hochfrequenz Leiterplatten kernmaterialien
Hochfrequenz FR4 Materialien
Hochfrequenz FR4 Materialien werden durch Modifizierung und Optimierung des Harzes aus Standard FR4 Substrate gewonnen. Seine Dielektrizitätskonstante (Dk) liegt zwischen 3,8 und 4,5, mit einem Verlustfaktor (Df) zwischen 0,015 und 0,025. Es weist eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit auf und hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 170 °C. Kostentechnisch ist es nur 20 % bis 30 % teurer als standard FR4 Laminat.
Dieses Material eignet sich in erster Linie für Hochfrequenz geräte, die im mittleren bis niedrigen Frequenzbereich arbeiten. Es findet breite Anwendung in Peripheriemodulen für WiFi 6 Router und 4G Basisstationen. Ein Routerhersteller hat erfolgreich hochwertige Materialien durch hochfrequentes FR4 Laminat ersetzt und damit eine Kostenreduzierung von 15 % erzielt, während die Leistungsanforderungen der Geräte vollständig erfüllt wurden.
Polytetrafluorethylen (PTFE) Platine
Polytetrafluorethylen (PTFE) Platinen weisen außergewöhnliche Leistungsmerkmale auf. Ihre Dielektrizitätskonstante ist mit 2,0 bis 2,3 außergewöhnlich niedrig, während ihr Verlustfaktor mit 0,001 bis 0,003 minimal ist. Dies minimiert den Signalverlust während der Übertragung. Darüber hinaus weisen sie eine außergewöhnlich große Temperaturtoleranz auf und arbeiten stabil von 260 °C bis 260 °C. Allerdings ist dieses Material in der Bearbeitung schwierig und mit hohen Kosten verbunden, die in der Regel 3 bis 5 mal so hoch sind wie die von Hochfrequenz FR4 Laminaten.
Es wird vor allem in Ultra hochfrequenz anwendungen oder Szenarien eingesetzt, die außergewöhnliche Präzision erfordern. Bereiche wie 5G Millimeterwellen Basisstationen, Satellitenkommunikation und Radargeräte sind alle auf PTFE Laminate angewiesen. In einem bestimmten Luft und Raumfahrtprojekt konnte durch den Einsatz von PTFE Laminaten die Signalübertragungsreichweite um 20 % erhöht werden.
RT/duroid Serie (RT5880, RT5870 usw.), Taconic TLE Serie, RF Serie und TLX Serie. Vorteile: Extrem niedrige Dielektrizitätskonstante (Dk: 2,2–3,5), minimaler dielektrischer Verlust (Df: 0,0009–0,002) und hochstabile Leistung. Nachteile: Hohe Kosten, etwas geringere mechanische Festigkeit und komplexe Bohr und Metallisierungsprozesse.
Kohlenwasserstoffharz platten
Die Leistungsmerkmale von Kohlenwasserstoffharz platten liegen zwischen denen von Polytetrafluorethylen (PTFE) Platten und hochfrequenten FR4 Platten. Ihre Dielektrizitätskonstante (Dk) liegt zwischen 3,0 und 3,5, mit einem Verlustfaktor (Df) von 0,003 bis 0,008. Diese Platten bieten eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und ermöglichen Bohrvorgänge ähnlich wie bei Standard FR 4 Platten. Kostenseitig sind sie 40 % günstiger als Polytetrafluorethylen (PTFE) Platten.
Dieses Material eignet sich für Anwendungen wie 5G Makro Basisstationen, optische Module und High End Router. Ein Hersteller von Telekommunikationsgeräten setzte erfolgreich Kohlenwasserstoffharz Laminate ein, um das doppelte Ziel der Aufrechterhaltung des Leistungsniveaus bei gleichzeitiger Kostenkontrolle zu erreichen.
Polyphenylenoxid (PPE/PPO) Laminate
Polyphenylenoxid (PPE/PPO) Laminate besitzen besondere Leistungsmerkmale. Ihre Dielektrizitätskonstante (Dk) liegt zwischen 2,4 und 3,0, ihr Verlustfaktor (Df) zwischen 0,005 und 0,01, und sie weisen eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Kostenseitig sind sie 20 % günstiger als Kohlenwasserstoffharzplatten, allerdings ist ihre Temperaturbeständigkeit mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) zwischen 120 und 150 °C relativ geringer.
Dieses Material wird vor allem in Hochfrequenz modulen für Unterhaltungselektronik verwendet, beispielsweise in den 5G Hochfrequenz bereichen von Smartphones und in Videoübertragungsmodulen für Drohnen. Ein bestimmter Mobiltelefonhersteller hat durch den Einsatz von Polyphenylenether Platten (PPE/PPO) die Kosten für Hochfrequenzplatinen effektiv gesenkt.
Keramikgefüllte Laminate
Keramikgefüllte Laminate weisen eine relativ stabile Dielektrizitätskonstante (Dk) auf, die im Bereich von 2,5 bis 6,0 einstellbar ist, mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten von nicht mehr als 50 ppm/°C. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Anwendungen, die eine präzise Impedanzsteuerung erfordern. Diese Laminate haben jedoch Nachteile wie eine erhebliche Sprödigkeit und ein beträchtliches Gewicht.
Sie werden vor allem in Automobilradaren (77 GHz) und industriellen IoT Gateways eingesetzt. Nach ihrer Einführung durch einen bestimmten Automobil hersteller sorgten diese keramikgefüllten Laminate dafür, dass die Impedanz schwankungen des Automobilradars im Temperaturbereich von 40 °C bis 125 °C innerhalb von 3 % blieben.
Bei der Auswahl geeigneter Laminat materialien müssen die folgenden Schlüsselfaktoren priorisiert werden:
1.Verarbeitungs und Herstellungs eigenschaften:
Dazu gehören mehrere Laminierungseigenschaften, Temperaturanpassungsfähigkeit, Beständigkeit gegen CAF (leitfähiges Anodenfilament) und Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und Haftung (zur Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit) sowie Brandschutzklassen.
2.Mit dem Produkt kompatible Leistungsmerkmale (einschließlich elektrischer Eigenschaften und Stabilität):
Die Materialien sollten einen geringen Signalverlust, stabile Dk (Dielektrizitätskonstante)/Df (Dielektrizitätsverlustfaktor) Parameter, geringe Dispersionseigenschaften und minimale Schwankungen der Parameter bei Frequenz und Umweltänderungen aufweisen. Die Toleranzen hinsichtlich Materialstärke und Klebstoffgehalt müssen präzise sein (um eine genaue Impedanzsteuerung zu ermöglichen).
Für längere Leiterbahnen wird Kupferfolie mit geringer Oberflächenrauheit empfohlen. Darüber hinaus stützt sich das Design von Hochgeschwindigkeitsschaltungen in der Anfangsphase stark auf Simulationen, deren Ergebnisse wichtige Hinweise für das Design liefern. Das „Xingsen Technology Agilent (High Speed/RF) Joint Laboratory” hat sich effektiv mit der Herausforderung der Branche auseinandergesetzt, dass Simulationen und tatsächliche Testergebnisse voneinander abweichen. Durch umfangreiche Closed Loop Verifizierungen von Simulationen und physikalischen Messungen wurde mithilfe einzigartiger Methoden ein hoher Grad an Übereinstimmung zwischen beiden erreicht.
3.Pünktlichkeit der Materiallieferung:
Die Beschaffungszyklen für zahlreiche Hochfrequenz laminate können langwierig sein und sich auf 2–3 Monate erstrecken. Während Standard Hochfrequenz laminate wie RO4350 vorrätig sind, müssen die meisten vom Kunden bereitgestellt werden. Daher ist eine frühzeitige Kommunikation mit den Lieferanten unerlässlich, um Materialien für Hochfrequenzlaminate rechtzeitig zu beschaffen.
4.Kostenüberlegungen:
Entscheidungen müssen die Preissensibilität des Produkts berücksichtigen und klären, ob das Produkt für Verbrauchermärkte oder Anwendungen in den Bereichen Telekommunikation, Medizin,
5.Konformitätsanforderungen:
Stellen Sie sicher, dass die Materialien den Umweltvorschriften verschiedener Länder entsprechen, wie z. B. RoHS (Restriction of Hazardous Substances) und halogenfreien Standards.
Die Leistung von Hochfrequenz Leiterplatten wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter Materialauswahl, Verarbeitung und Kosten. Nur durch eine umfassende Bewertung und eine geeignete Materialauswahl können hochwertige Hochfrequenz Leiterplatten hergestellt werden, die der Weiterentwicklung der Hochfrequenztechnologie einen starken Impuls verleihen.
