Cosa sono i materiali PCB ad alta velocità?

Grazie allo sviluppo della tecnologia e dei sistemi di comunicazione cellulare 5G, la creazione del digitale ad alta velocità è sempre più importante. Per PCB ad alta velocità, devono essere in grado di fornire prestazioni eccellenti in termini di trasmissione del segnale e della frequenza poiché sono tenuti a gestire caratteristiche meccaniche ed elettriche senza pregiudicare le loro capacità operative.

Le La principale preoccupazione del PCB ad alta velocità è come mantenere l'integrità dei segnali digitali su un'ampia gamma di frequenze ad alta velocità. Il motivo è che un segnale ad alta velocità è un segnale a onda quadra composto da una combinazione di più onde sinusoidali. Un segnale digitale ad alta velocità contiene un segnale fondamentale, un segnale di terza armonica, un segnale di quinta armonica, un segnale di settima armonica e molti altri aggiungono segnali armonici di frequenze più alte. Di conseguenza, è essenziale trasferire segnali a onde millimetriche (MMW) con la minor perdita e distorsione possibile per mantenere l'integrità di un segnale digitale e la nitidezza dei suoi tempi di salita e discesa.

Cosa dovresti sapere sul materiale PCB per la progettazione ad alta velocità?

Se scegliamo materiali inappropriati per materiale PCB ad alta velocità, si tradurrà in scarsi fori passanti e persino discontinuità di impedenza nelle linee di trasmissione su PCB multistrato. Pertanto, i progettisti utilizzano una serie di parametri del materiale come il fattore di dissipazione (Df) e la costante dielettrica (Dk) A determinare l'idoneità dei materiali PCB ad alta velocità perché sono correlati alle prestazioni ad alta frequenza. Ad esempio, rispetto a un materiale a media perdita con un fattore di dissipazione di 0.010, un materiale a bassa perdita con un fattore di dissipazione di 0.005 o anche inferiore è più adatto per segnali digitali a velocità di 10 Gbps. Nel PCB ad alta velocità, il fattore di dissipazione (Df) è una misura dei problemi di perdita, dell'integrità del segnale e della minimizzazione della distorsione del segnale. Per quanto riguarda la costante dielettrica (Dk), colpisce principalmente l'impedenza delle linee di trasmissione sul substrato, modificando così le prestazioni dei circuiti digitali ad alta velocità.

Perché dovresti evitare FR-4?

FR-4 è un materiale PCB preferito in molte applicazioni, ma non è accettabile come materiale PCB per circuiti digitali ad alta velocità e segnali a microonde e onde millimetriche. Il motivo principale è che il materiale FR-4 non può introdurre in modo soddisfacente la perdita di inserzione e la distorsione. Per selezionare il materiale appropriato per PCB ad alta velocità, il progettista inizia con la costante dielettrica (Dk). Pertanto, i fornitori di materiali descrivono i loro materiali in base ai seguenti aspetti: costante dielettrica nell'asse z o nel piano xy e a una frequenza di prova tipica come 1GHz. Inoltre, i progetti ad alta velocità hanno requisiti elevati in canali come la stretta corrispondenza con fase e ampiezza. Infine, I materiali PCB in grado di gestire segnali digitali ad alta velocità devono essere in grado di gestire segnali ricchi di contenuto armonico. La resina epossidica avanzata è un materiale con migliori proprietà elettriche, adatto per PCB multistrato ad alta velocità. Le applicazioni che utilizzano PCB ad alta velocità includono server, router, reti di archiviazione, amplificatori di potenza, moduli ricetrasmettitori e canali dati ad alta velocità.

Materiale PCB ad alta velocità: cosa dovresti scegliere?

Esistono due tipici materiali PCB ad alta velocità: Rogers 4350B e Megtron 6, entrambi sono materiali a bassa perdita con un fattore di dissipazione simile (Df) e costante dielettrica (Dk) valori. Entrambi i materiali sono a base di resine idrocarburiche e sono più costosi dei normali laminati FR-4. Nessuno di questi laminati può essere rivestito con un quarto di oncia di rame. Per evitare la riflessione del segnale ad alta frequenza, sono disponibili con pellicole a basso profilo. Per Rogers 4350B, è molto più costoso di Megtron 6 perché i preimpregnati utilizzati per il nucleo Rogers 4350 richiedono una pressione maggiore e il materiale del nucleo Rogers 4350 è idealmente piatto e ripetibile, il che aiuta con il controllo dell'impedenza. Per quanto riguarda Megtron 6, i laminati di Megtron 6 sono proprio come i materiali FR-4 convenzionali, che non comportano pressione, temperatura, movimento o tempo di polimerizzazione incompatibili. Nello stack-up, la scheda ibrida può essere costruita in un singolo laminato con uno strato interno di materiale FR-4 meno costoso e uno strato esterno o più strati di Megtron 6 utilizzando una lamina o una struttura a cappuccio. Inoltre, una più ampia selezione di materiale per anima Megtron 6, spessore del preimpregnato e contenuto di resina semplifica lo sviluppo dello stack-up e il controllo dell'impedenza. Le applicazioni di Rogers 4350B sono radar e sensori automobilistici, ecc. Le applicazioni di Megtron 6 sono trasferimento e calcolo ad alta velocità, ecc.

 

Controllare anche: Proprietà del materiale PCB

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Riferimento:

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/