Was sind Hochgeschwindigkeits-PCB-Materialien?
Aufgrund der Entwicklung von Technologie und 5G-Mobilfunksystemen wird die Schaffung digitaler Hochgeschwindigkeitssysteme immer wichtiger. Für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten müssen sie in Bezug auf die Signal- und Frequenzübertragung eine hervorragende Leistung erbringen können da sie mit mechanischen und elektrischen Eigenschaften umgehen müssen, ohne ihre Betriebsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Das Hauptanliegen von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten ist es, die Integrität der digitalen Signale über einen breiten Bereich von Hochgeschwindigkeitsfrequenzen aufrechtzuerhalten. Der Grund dafür ist, dass ein Hochgeschwindigkeitssignal ein Rechtecksignal ist, das sich aus einer Kombination mehrerer Sinuswellen zusammensetzt. Ein digitales Hochgeschwindigkeitssignal enthält ein Grundsignal, ein drittes harmonisches Signal, ein fünftes harmonisches Signal, ein siebtes harmonisches Signal und viele andere addierte harmonische Signale höherer Frequenzen. Folglich ist es wichtig, Millimeterwellensignale (MMW) mit möglichst geringen Verlusten und Verzerrungen zu übertragen, um die Integrität eines digitalen Signals und die Schärfe seiner Anstiegs- und Abfallzeiten zu erhalten.
Was Sie über PCB-Material für Hochgeschwindigkeitsdesign wissen sollten?
Wenn wir uns entscheiden ungeeignete Materialien für Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenmaterial, führt dies zu schlechten durchkontaktierten Löchern und sogar zu Impedanzunterbrechungen in Übertragungsleitungen auf mehrschichtigen Leiterplatten. Daher verwenden Konstrukteure eine Reihe von Materialparametern wie den Verlustfaktor (Df) und die Dielektrizitätskonstante (Dk) Um bestimmen die Eignung von Hochgeschwindigkeits-PCB-Materialien, da sie mit der Hochfrequenzleistung zusammenhängen. Beispielsweise ist im Vergleich zu einem Material mit mittlerem Verlust und einem Verlustfaktor von 0.010 ein Material mit niedrigem Verlust und einem Verlustfaktor von 0.005 oder sogar weniger besser für digitale Signale mit Geschwindigkeiten von 10 Gbit/s geeignet. Bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten ist der Verlustfaktor (Df) ist ein Maß für Verlustprobleme, Signalintegrität und Signalverzerrungsminimierung. Was die Dielektrizitätskonstante (Dk) beeinflusst es hauptsächlich die Impedanz von Übertragungsleitungen auf dem Substrat, wodurch die Leistung von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen verändert wird.
Warum sollten Sie FR-4 vermeiden?
FR-4 ist ein bevorzugtes PCB-Material in vielen Anwendungen, aber es ist nicht als PCB-Material für digitale Hochgeschwindigkeitsschaltkreise und Mikrowellen- und Millimeterwellensignale akzeptabel. Der Hauptgrund ist, dass FR-4-Material Einfügungsdämpfung und Verzerrung nicht zufriedenstellend einführen kann. Um das richtige Material für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten auszuwählen, beginnt der Designer mit der Dielektrizitätskonstante (Dk). So beschreiben Materiallieferanten ihre Materialien nach folgenden Aspekten: Dielektrizitätskonstante in der z-Achse oder der xy-Ebene und bei einer typischen Testfrequenz wie 1 GHz. Darüber hinaus haben Hochgeschwindigkeitsdesigns hohe Anforderungen an die Kanäle, wie z. B. eine enge Anpassung an Phase und Amplitude. Endlich, PCB-Materialien, die digitale Hochgeschwindigkeitssignale verarbeiten können, müssen in der Lage sein, Signale mit einem hohen Anteil an Oberschwingungen zu verarbeiten. Verbessertes Epoxid ist ein Material mit besseren elektrischen Eigenschaften, das für mehrschichtige Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten geeignet ist. Zu den Anwendungen, die Hochgeschwindigkeits-PCB verwenden, gehören Server, Router, Speichernetzwerke, Leistungsverstärker, Transceiver-Module und Hochgeschwindigkeits-Datenkanäle.
Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenmaterial – was sollten Sie wählen?
Es gibt zwei typische Hochgeschwindigkeits-PCB-Materialien: Rogers 4350B und Megtron 6, beide sind verlustarme Materialien mit ähnlich niedrigem Verlustfaktor (Df) und Dielektrizitätskonstante (Dk) Werte. Beide Materialien basieren auf Kohlenwasserstoffharzen und sind teurer als herkömmliche FR-4-Laminate. Keines dieser Laminate kann mit einer Viertelunze Kupfer plattiert werden. Um hochfrequente Signalreflexionen zu verhindern, sind sie mit Low-Profile-Folien erhältlich. Für Rogers 4350B ist es viel teurer als Megtron 6, da für den Rogers 4350-Kern verwendete Prepregs einen höheren Druck benötigen und das Rogers 4350-Kernmaterial ideal flach und wiederholbar ist, was bei der Impedanzkontrolle hilft. Bei Megtron 6 sind Laminate von Megtron 6 genau wie herkömmliche FR-4-Materialien, die keinen inkompatiblen Druck, Temperatur, Bewegung oder Aushärtezeit erfordern. Beim Stapeln kann die Hybridplatte in einem einzigen Laminat mit einer Innenschicht aus kostengünstigerem FR-4-Material und einer Außenschicht oder mehreren Schichten Megtron 6 unter Verwendung einer Folien- oder Kappenstruktur aufgebaut werden. Darüber hinaus vereinfacht eine größere Auswahl an Megtron 6-Kernmaterial, Prepreg-Dicke und Harzgehalt die Entwicklung von Stapeln und die Impedanzkontrolle. Die Anwendungen von Rogers 4350B sind Fahrzeugradar und -sensor usw. Die Anwendungen von Megtron 6 sind Hochgeschwindigkeitsübertragung und Computer usw.
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Referenz:
https://www.royalcircuits.com/wp-content/uploads/2020/09/High-Speed-Materials-for-PCBs-Final.pdf