Vad är ett högfrekvent kretskort? Ett högfrekvent kretskort (High Frequency PCB) är ett specialiserat kretskort (PCB) som är särskilt utformat för att hantera och överföra högfrekventa signaler (vanligtvis över 100 MHz, med mikrovågs- och millimetervågsband som arbetar vid ännu högre frekvenser). Dess kärnegenskaper ligger i användningen av specifika material och specialiserade konstruktioner för att säkerställa stabilitet, integritet och låg förlust vid överföring av högfrekventa signaler.
Egenskaper hos högfrekvent kretskort :
1.Dielektricitetskonstanten (DK) bör vara låg och tillräckligt stabil; i allmänhet är lägre bättre, eftersom hög DK kan orsaka fördröjningar i signalöverföringen.
2.Dielektrisk förlustfaktor (DF) bör vara minimal, eftersom detta främst påverkar signalöverföringskvaliteten; en lägre DF minskar motsvarande signaldämpningen.
3.Värmeutvidgningskoefficienten bör vara så nära kopparfoliens som möjligt, eftersom avvikelser kan orsaka folieseparation under termisk cykling.
4.Vattenabsorptionen måste vara låg i fuktiga miljöer, eftersom hög absorption påverkar DK och DF negativt.
5.Utmärkt värmebeständighet, kemisk beständighet, slaghållfasthet och delamineringsbeständighet är väsentliga.
Högfrekvent kretskort-kärnmaterial
Högfrekvent FR-4-material
Högfrekvent FR-4-material härrör från standard FR-4-substrat genom hartsmodifiering och optimering. Dess dielektricitetskonstant (Dk) varierar mellan 3,8 och 4,5, med en förlustfaktor (Df) mellan 0,015 och 0,025. Det har utmärkt temperaturbeständighet, med en glasövergångstemperatur (Tg) på minst 170 °C. Kostnadsmässigt är det bara 20 till 30 % dyrare än standard FR-4-laminat.
Detta material är främst lämpligt för högfrekvent utrustning som arbetar i mellan- till lågfrekvensbanden. Det har omfattande tillämpningar i perifera moduler för WiFi 6-routrar och 4G-basstationer. En routertillverkare har framgångsrikt ersatt högfrekvent FR-4-laminat med premiummaterial, vilket har resulterat i en kostnadsminskning på 15 % samtidigt som utrustningens prestandakrav uppfylls fullt ut.
Polytetrafluoretylen (PTFE)-kort
Polytetrafluoretylen (PTFE)-kort har exceptionella prestandaegenskaper. Deras dielektriska konstant är exceptionellt låg, mellan 2,0 och 2,3, medan deras förlustfaktor är minimal, mellan 0,001 och 0,003. Detta minimerar signalförlusten under överföringen. Dessutom har de en exceptionellt bred temperaturtolerans och fungerar stabilt från -260 °C till 260 °C. Detta material är dock svårt att bearbeta och har en hög kostnad, vanligtvis 3 till 5 gånger högre än högfrekventa FR-4-laminat.
Det används främst i ultrahögfrekventa applikationer eller scenarier som kräver exceptionell precision. Områden som 5G-millimetervågsbasstationer, satellitkommunikation och radarutrustning är alla beroende av PTFE-laminat. I ett visst rymdprojekt ökade användningen av PTFE-laminat signalöverföringsavståndet med 20 %.
RT/duroid-serien (RT5880, RT5870, etc.), Taconic’s TLE-serie, RF-serien och TLX-serien. Fördelar: Extremt låg dielektricitetskonstant (Dk: 2,2–3,5), minimal dielektrisk förlust (Df: 0,0009–0,002) och mycket stabil prestanda. Nackdelar: Hög kostnad, något lägre mekanisk hållfasthet och komplexa borrnings- och metalliseringsprocesser.
Kolvätebaserad hartsplatta
Prestandakarakteristiken för kolvätebaserade hartsplattor ligger mellan den för polytetrafluoretenplattor (PTFE) och högfrekventa FR-4-plattor. Deras dielektricitetskonstant (Dk) varierar mellan 3,0 och 3,5, med en förlustfaktor (Df) på 0,003 till 0,008. Detta material har god bearbetbarhet, vilket möjliggör borrning på samma sätt som med standard FR-4-laminat. Kostnadsmässigt innebär det en minskning med 40 % jämfört med polytetrafluoretenlaminat (PTFE).
Lämpligt för applikationer som 5G-makrobasstationer, optiska moduler och avancerade routrar. En tillverkare av telekommunikationsutrustning har framgångsrikt använt kolvätehartslaminat för att uppnå det dubbla målet att upprätthålla prestandastandarder och samtidigt kontrollera kostnaderna.
Polyfenyleneter (PPE/PPO)-kort
Polyfenyleneter (PPE/PPO)-kort har distinkta prestandaegenskaper. Deras dielektricitetskonstant (Dk) varierar mellan 2,4 och 3,0, med en förlustfaktor (Df) på 0,005 till 0,01, tillsammans med utmärkt fuktbeständighet. Kostnadsmässigt är de 20 % billigare än kolvätebaserade laminat, men deras temperaturbeständighet är relativt svagare, med en glasövergångstemperatur (Tg) mellan 120 och 150 °C.
Detta laminat används främst i högfrekvensmoduler för konsumentelektronik, såsom 5G RF-sektioner i smartphones och videotransmissionsmoduler för drönare. En viss mobiltelefontillverkare har effektivt minskat kostnaderna för RF-kort genom att använda laminat av polyfenyleneter (PPE/PPO).
Keramikfyllda laminat
Keramikfyllda laminat har en stabil dielektricitetskonstant (Dk) som kan justeras inom intervallet 2,5–6,0, med en låg temperaturkoefficient som inte överstiger 50 ppm/°C. Detta gör dem mycket lämpliga för applikationer som kräver precis impedanskontroll. Dessa skivor uppvisar dock betydande sprödhet och avsevärd vikt.
De används främst i fordonsradar (77 GHz) och industriella IoT-gateways. Efter införandet av keramikfyllda skivor säkerställde en viss biltillverkare att radarimpedansfluktuationerna förblev inom 3 % i temperaturområdet -40 °C till 125 °C.
Vid val av lämpliga substratmaterial för Högfrekvent kretskort måste följande nyckelfaktorer prioriteras:
1.Tillverkningsprestanda:
Detta omfattar flera lamineringsegenskaper, temperaturanpassningsförmåga, motståndskraft mot CAF (ledande anodiska filament) och termisk stabilitet, mekanisk hållfasthet och sammanhållningsstyrka (för att säkerställa hög tillförlitlighet) samt brandsäkerhetsklassificering.
2.Prestandaegenskaper som är kompatibla med produkten (omfattar elektriska egenskaper och stabilitet):
Materialen ska uppvisa låg signalförlust, stabila Dk- (dielektricitetskonstant)/Df- (dielektrisk förlustfaktor) parametrar, låga dispersionsegenskaper och minimal variation i parametrarna vid frekvens- och miljöförändringar. Exakta toleranser för materialtjocklek och limhalt är avgörande (för att underlätta noggrann impedanskontroll). För längre spårlängder rekommenderas kopparfolie med låg grovhet. Dessutom är höghastighets-PCB-design i hög grad beroende av simulering under de inledande faserna, där simuleringsresultaten ger viktig designvägledning. ”Xingsen Technology-Agilent (High-Speed/RF) Joint Laboratory” har effektivt hanterat branschens utmaning med avvikelser mellan simulering och mätning. Genom omfattande slutna verifieringar av simuleringar och fysiska mätningar har man uppnått hög korrelation mellan de två med hjälp av unika metoder.
3.Materialförsörjningens aktualitet:
Inköpscyklerna för många högfrekventa laminat kan sträcka sig till 2–3 månader. Medan standardhögfrekventa laminat som RO4350 finns i lager, kräver de flesta material som levereras av kunden. Följaktligen är förhandsinformation till leverantörerna avgörande för att snabbt kunna säkra högfrekventa laminat.
4.Kostnadsöverväganden:
Beslut måste fattas utifrån produktens priskänslighet och det måste klargöras om den riktar sig till konsumentmarknaden eller till applikationer inom telekommunikation, medicin, industri eller militär.
5.Krav på efterlevnad:
Säkerställ att materialen uppfyller miljöbestämmelser i olika länder, såsom RoHS (Restriction of Hazardous Substances) och halogenfria standarder.
Prestandan hos högfrekvent kretskort påverkas av flera faktorer, inklusive val av substrat, bearbetning och kostnad. Endast genom en omfattande utvärdering och ett lämpligt val av substrat kan högkvalitativa högfrekvent kretskort tillverkas, vilket ger en stark drivkraft för utvecklingen av högfrekvent teknik.
