Yüksek frekanslı PCB nedir? Yüksek frekanslı PCB (High Frequency PCB), yüksek frekanslı sinyalleri (genellikle 100 MHz ve üzeri frekanslar; mikrodalga ve milimetre dalga bantlarında ise daha yüksek frekanslar) işlemek ve iletmek üzere özel olarak tasarlanmış özel baskılı devre kartı (PCB). Temel özelliği, yüksek frekanslı sinyal iletiminin kararlılığını, bütünlüğünü ve düşük kayıplarını sağlamak için belirli malzemeler ve özel tasarımların kullanılmasıdır.
Yüksek frekanslı PCB kartı özellikleri:
- DK değeri düşük ve yeterince kararlı olmalıdır; genellikle ne kadar düşükse o kadar iyidir, çünkü yüksek DK değeri sinyal iletiminde gecikmeye neden olabilir.
- DF değeri çok düşük olmalıdır; bu, sinyal iletim kalitesini büyük ölçüde etkiler ve daha düşük DF değeri, sinyal kaybını buna bağlı olarak azaltır.
- Isıl genleşme katsayısı mümkün olduğunca bakır folyo ile aynı olmalıdır, çünkü aradaki fark, sıcaklık değişimlerinde bakır folyonun ayrılmasına neden olabilir.
- Nemli ortamlarda su emme oranı düşük olmalıdır; yüksek su emme oranı, DK ve DF değerlerini etkiler.
- Isı direnci, kimyasal direnci, darbe direnci ve soyulma direnci iyi olmalıdır.
Yüksek Frekanslı PCB Çekirdek Levhaları
Yüksek Frekanslı FR-4 Levhaları
Yüksek frekanslı FR-4 levhaları, standart FR-4 levhalarının temelinde reçinenin iyileştirilmesi ve optimize edilmesi ile üretilmiştir. Dielektrik sabiti (Dk) 3,8 – 4,5 aralığında, kayıp faktörü (Df) ise 0,015 – 0,025 arasındadır. Mükemmel sıcaklık direncine sahiptir ve camsı geçiş sıcaklığı (Tg) 170°C’nin altındadır. Maliyet açısından, sıradan FR-4 levhalara kıyasla sadece %20 – %30 daha pahalıdır.
Bu levha, esas olarak orta ve düşük frekans aralığındaki yüksek frekanslı cihazlar için uygundur. Örneğin, WiFi 6 yönlendiricilerinde ve 4G baz istasyonlarının çevresel modüllerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir yönlendirici üreticisi, yüksek kaliteli levhaların yerine yüksek frekanslı FR-4 levhalarını kullanarak, maliyetleri %15 oranında düşürürken, cihazın performans gereksinimlerini de karşılamayı başarmıştır.
Politetrafluoroetilen (PTFE) Levha
Politetrafluoroetilen (PTFE) levhanın performansı son derece mükemmeldir. Dielektrik sabiti 2,0 – 2,3 aralığında olup son derece düşüktür; kayıp faktörü ise 0,001 – 0,003 arasında olup son derece küçüktür; bu da sinyalin iletim sürecindeki kaybını neredeyse en aza indirir. Aynı zamanda, -260°C ile 260°C arasında istikrarlı bir şekilde çalışabilen çok geniş bir sıcaklık aralığına sahiptir. Ancak, bu levhaların işlenmesi zordur ve maliyeti yüksektir; maliyeti, yüksek frekanslı FR-4 levhaların 3 ila 5 katıdır.
Bu levhalar, esas olarak ultra yüksek frekanslı veya son derece yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılır. 5G milimetre dalga baz istasyonları, uydu iletişimi ve radar ekipmanları gibi alanlarda PTFE levhalar vazgeçilmezdir. Bir uzay projesinde PTFE levhaların kullanılmasıyla sinyal iletim mesafesi %20 artmıştır.
RT/duroid serisi (RT5880, RT5870 vb.), Taconic şirketinin TLE serisi, RF serisi, TLX serisi. Avantajları: Dk değeri çok düşük (2,2-3,5), Df değeri çok küçük (0,0009-0,002), performansı çok istikrarlıdır. Dezavantajları: Maliyet yüksek, mekanik mukavemet biraz düşük, delme ve metal kaplama işlemleri karmaşıktır.
Hidrokarbon Reçine Levhalar
Hidrokarbon reçine levhaların performansı, politetrafloroetilen (PTFE) levhalar ile yüksek frekanslı FR-4 levhalar arasında yer alır. Dielektrik sabiti (Dk) 3,0 – 3,5 arasındadır, kayıp faktörü (Df) ise 0,003 – 0,008’dir. Bu levhalar iyi işleme özelliklerine sahiptir ve sıradan FR-4 levhalar gibi delme işlemlerine tabi tutulabilir. Maliyet açısından, politetrafloroetilen (PTFE) levhalardan %40 daha ucuzdur.
Bu levha, 5G makro baz istasyonları, optik modüller ve üst düzey yönlendiriciler gibi cihazlar için uygundur. Bir iletişim ekipmanı fabrikası, hidrokarbon reçine levhalarını kullanarak “performans düşüşü olmadan, maliyet kontrolü altında” hedefini başarıyla gerçekleştirmiştir.
Polifenilen Eter (PPE/PPO) Levhalar
Polifenilen Eter (PPE/PPO) levhalar, benzersiz performans özelliklerine sahiptir. Dielektrik sabiti (Dk) 2,4 – 3,0 arasındadır, kayıp faktörü (Df) 0,005 – 0,01’dir ve mükemmel nem direncine sahiptir. Maliyet açısından, hidrokarbon reçine levhalara göre %20 daha ucuzdur, ancak ısı direnci nispeten daha düşüktür; camsı geçiş sıcaklığı (Tg) 120 – 150°C arasındadır.
Bu levhalar, akıllı telefonların 5G RF bölümleri ve drone görüntü aktarım modülleri gibi tüketici elektroniği yüksek frekans modüllerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir cep telefonu üreticisi, polifenilen eter (PPE/PPO) levhalarını kullanarak RF levhalarının maliyetini etkili bir şekilde düşürmüştür.
Seramik dolgulu levhalar
Seramik dolgulu levhaların dielektrik sabiti (Dk) nispeten stabildir ve 2,5 – 6,0 aralığında ayarlanabilir; sıcaklık katsayısı küçüktür ve 50 ppm/°C’yi geçmez. Bu, onu hassas empedans kontrolü gerektiren uygulamalar için çok uygun hale getirir. Bununla birlikte, bu levhaların kırılganlığı yüksek ve ağırlığı fazla olma gibi dezavantajları vardır.
Bu levhalar, esas olarak otomotiv radarları (77 GHz) ve endüstriyel IoT ağ geçitleri gibi alanlarda kullanılmaktadır. Bir otomobil üreticisi, seramik dolgulu levhaları kullanarak, otomotiv radarının -40°C ile 125°C arasındaki sıcaklık aralığında empedans dalgalanmasının %3’ü geçmemesini sağlamıştır.
Uygun levha seçimi yapılırken aşağıdaki temel faktörler dikkate alınmalıdır:
- İşleme ve üretim özellikleri:
Tekrarlı presleme özellikleri, sıcaklık uyumu, CAF (iletken anot teli) direnci ve ısı direnci, mekanik dayanıklılık ve yapışkanlık (yüksek güvenilirliği sağlamak için) ile yangın güvenliği sınıfını kapsar. - Ürüne uygun performans özellikleri (elektriksel performans ve kararlılık gibi):
Düşük sinyal kaybı, kararlı Dk (dielektrik sabiti)/Df (dielektrik kayıp faktörü) parametreleri, düşük dağılım özellikleri ve parametrelerin frekans ve ortam değişikliklerine bağlı değişim katsayısının düşük olması gerekir. Malzeme kalınlığı ve yapıştırıcı içeriği toleransları hassas olmalıdır (empedansın hassas kontrolüne yardımcı olur). Devre izleri uzunsa, düşük pürüzlülüğe sahip bakır folyo tercih edilmelidir. Ayrıca, yüksek hızlı devre tasarımının ilk aşamalarında simülasyona güvenilmesi gerekir; simülasyon sonuçları tasarım için önemli bir dayanak sağlar. “Xingsen Technology-Agilent (Yüksek Hızlı/RF) Ortak Laboratuvarı”, simülasyon ve gerçek ölçüm sonuçları arasındaki tutarsızlık gibi sektördeki zorlukları etkili bir şekilde aşmış, çok sayıda simülasyon ve gerçek ölçümden oluşan kapalı döngü doğrulamalarıyla, benzersiz yöntemler sayesinde simülasyon ve gerçek ölçümler arasında yüksek düzeyde uyum sağlamıştır. - Malzeme tedarikinin zamanında olması:
Birçok yüksek frekanslı levhanın tedarik süresi uzundur ve 2 ila 3 aya kadar uzayabilir. Standart yüksek frekanslı levha RO4350’nin stokta bulunmasının dışında, çoğu yüksek frekanslı levha müşterinin kendisi tarafından temin edilmelidir. Bu nedenle, yüksek frekanslı levhalar için tedarikçilerle önceden iletişime geçilerek malzemelerin mümkün olduğunca erken temin edilmesi sağlanmalıdır. - Maliyet Dikkate Alınması:
Karar, ürünün fiyata duyarlılığına göre alınmalı ve ürünün tüketici pazarına yönelik mi, yoksa iletişim, tıp, endüstri, savunma gibi alanlarda kullanılacağına karar verilmelidir. - Uygunluk gereklilikleri:
Levhaların farklı ülkelerin çevre koruma yönetmeliklerine uygun olduğundan emin olunmalıdır; örneğin RoHS (zararlı maddelerin kısıtlanması) ve halojensizlik gibi standartları karşılaması gerekir.
Yüksek frekanslı PCB levhalarının performansı, levha seçimi, işleme ve maliyet gibi birçok faktörden etkilenir. Ancak tüm faktörleri kapsamlı bir şekilde değerlendirip doğru levhayı seçerek, yüksek kaliteli yüksek frekanslı PCB levhaları üretebilir ve yüksek frekans alanındaki gelişime güçlü bir ivme kazandırabilirsiniz.
