¿Qué son los materiales de PCB de alta velocidad?

Debido al desarrollo de la tecnología y los sistemas de comunicación celular 5G, la creación de digital de alta velocidad es cada vez más importante. Para PCB de alta velocidad, deben poder proporcionar un excelente rendimiento en términos de transmisión de señal y frecuencia. ya que se requiere que manejen características mecánicas y eléctricas sin impedir sus capacidades operativas.

El La principal preocupación de la PCB de alta velocidad es cómo mantener la integridad de las señales digitales en una amplia gama de frecuencias de alta velocidad.. La razón es que una señal de alta velocidad es una señal de onda cuadrada compuesta por una combinación de varias ondas sinusoidales. Una señal digital de alta velocidad contiene una señal fundamental, una señal de tercer armónico, una señal de quinto armónico, una señal de séptimo armónico y muchas otras señales de armónicos adicionales de frecuencias más altas. En consecuencia, es esencial transferir señales de ondas milimétricas (MMW) con la menor pérdida y distorsión posible para mantener la integridad de una señal digital y la nitidez de sus tiempos de subida y bajada.

¿Qué debe saber sobre el material de PCB para el diseño de alta velocidad?

Si elegimos materiales inapropiados para material de PCB de alta velocidad, dará como resultado orificios pasantes enchapados deficientes e incluso discontinuidades de impedancia en líneas de transmisión en PCB multicapa. Por lo tanto, los diseñadores utilizan una serie de parámetros del material, como el factor de disipación (Df) y la constante dieléctrica (Dk) A determinar la idoneidad de los materiales de PCB de alta velocidad porque están relacionados con el rendimiento de alta frecuencia. Por ejemplo, en comparación con un material de pérdida media con un factor de disipación de 0.010, un material de baja pérdida con un factor de disipación de 0.005 o incluso inferior es más adecuado para señales digitales a velocidades de 10 Gbps. En PCB de alta velocidad, el factor de disipación (Df) es una medida de los problemas de pérdida, la integridad de la señal y la minimización de la distorsión de la señal. En cuanto a la constante dieléctrica (Dk), afecta principalmente a la impedancia de las líneas de transmisión en el sustrato, cambiando así el rendimiento de los circuitos digitales de alta velocidad.

¿Por qué debería evitar el FR-4?

FR-4 es un material de PCB favorito en muchas aplicaciones, pero no es aceptable como material de PCB para circuitos digitales de alta velocidad y señales de microondas y ondas milimétricas.. La razón principal es que el material FR-4 no puede introducir satisfactoriamente pérdida de inserción y distorsión. Para seleccionar el material adecuado para PCB de alta velocidad, el diseñador comienza con la constante dieléctrica (Dk). Por lo tanto, los proveedores de materiales describen sus materiales de acuerdo con los siguientes aspectos: constante dieléctrica en el eje z o el plano xy y en una frecuencia de prueba típica como 1 GHz. Además, los diseños de alta velocidad tienen un alto requerimiento en los canales, como una estrecha coincidencia con la fase y la amplitud. Finalmente, Los materiales de PCB capaces de manejar señales digitales de alta velocidad deben poder manejar señales ricas en contenido armónico. El epoxi mejorado es un material con mejores propiedades eléctricas, que es adecuado para PCB multicapa de alta velocidad. Las aplicaciones que utilizan PCB de alta velocidad incluyen servidores, enrutadores, redes de área de almacenamiento, amplificadores de potencia, módulos transceptores y canales de datos de alta velocidad.

Material de PCB de alta velocidad: ¿cuál debería elegir?

Hay dos materiales típicos de PCB de alta velocidad: Rogers 4350B y Megtron 6, ambos son materiales de baja pérdida con un factor de disipación bajo similar (Df) y constante dieléctrica (Dk) valores. Ambos materiales se basan en resinas de hidrocarburos y son más costosos que los laminados FR-4 ordinarios. Ninguno de estos laminados se puede revestir con un cuarto de onza de cobre. Para evitar el reflejo de la señal de alta frecuencia, están disponibles con láminas de bajo perfil. Para Rogers 4350B, es mucho más costoso que Megtron 6 porque los preimpregnados utilizados para el núcleo de Rogers 4350 necesitan una presión más alta, y el material del núcleo de Rogers 4350 es idealmente plano y repetible, lo que ayuda con el control de la impedancia. En cuanto a Megtron 6, los laminados de Megtron 6 son como los materiales FR-4 convencionales, que no implican presión, temperatura, movimiento o tiempo de curado incompatibles. En el apilamiento, la placa híbrida se puede construir en un solo laminado con una capa interna de material FR-4 menos costoso y una capa externa o múltiples capas de Megtron 6 utilizando una lámina o una estructura de tapa. Además, una selección más amplia de material de núcleo Megtron 6, espesor de preimpregnado y contenido de resina simplifica el desarrollo de acumulación y el control de impedancia. Las aplicaciones de Rogers 4350B son radar y sensor automotriz, etc. Las aplicaciones de Megtron 6 son transferencia y computación de alta velocidad, etc.

 

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Referencia:

https://www.royalcircuits.com/wp-content/uploads/2020/09/High-Speed-Materials-for-PCBs-Final.pdf

https://www.protoexpress.com/blog/tale-of-two-materials/