Der beste Weg zur Auswahl von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien

Hochfrequenz-Leiterplattendesign gilt als esoterisch und wird von manchen Ingenieuren als "schwarze Magie" bezeichnet! Auch bei diesem Thema herrscht Verwirrung, vor allem, wenn wir über den Frequenzwert sprechen, der als hoch bezeichnet wird. Praktisch gibt es die Probleme, die bei der Konfiguration von Hochgeschwindigkeitsdesigns auftreten, auch bei Hochfrequenz-PCB-Designaber diese Herausforderungen werden auf unterschiedliche Art und Weise diskutiert. Sie müssen einige Vorkehrungen für Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien treffen, bevor Sie Änderungen an Hochgeschwindigkeits- oder HF-Leiterplatten vornehmen.

Einige Ingenieure, die Leiterplatten für den Hochfrequenzbereich herstellen, verwenden FR4-Laminatmaterial mit geringeren Verlusten oder PTFE-Laminatmaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Die geringere Dielektrizitätskonstante ist nicht immer erforderlich, sondern hängt vom Wert der Frequenz ab, und wir können je nach Projekt mit Standardlaminat oder auch mit Hoch-DK-Laminatmaterial arbeiten. Wenn Sie Fragen zu den Materialien haben, die Sie für Ihr Projekt benötigen, lesen Sie bitte den folgenden Artikel weiter, in dem FS Technology eine ausführliche Erklärung zu folgenden Themen gibt Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien.

Eigenschaften von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial

Das Material der Leiterplatte steht im Mittelpunkt der Bereitstellung von PCB-Eigenschaften. FS Technology unterteilt Hochfrequenz-Leiterplatte Materialien in organische Materialien und anorganische Materialien, einschließlich:

  • Organische Materialien: Phenolharz, Glasfaser/Epoxidharz, Polyimid, BT/Epoxid, usw.
  • Anorganische Materialien: Aluminium, Kupfer-Invar-Kupfer, Keramik, usw.
 

Beim Kauf von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien können Sie nicht blindlings auswählen, sondern müssen die Materialeigenschaften entsprechend den speziellen Eigenschaften des Projekts berücksichtigen. Verschiedene Hersteller produzieren diese Materialien und versuchen, entsprechend den elektromagnetischen Eigenschaften der Materialien bessere Produkte als ihre Konkurrenten herzustellen.

Dk und Df

Das ist ein sehr häufiger Punkt, den Sie beim Lesen des Datenblatts feststellen werden. Diese Werte werden für einen bestimmten Frequenzwert angegeben, in der Regel 1 GHz oder 10 Ghz, je nach den Anforderungen der Kunden. Viele Ingenieure lesen diese Angaben, da sie für Systeme arbeiten, die weniger Verluste benötigen. Daher vergleichen sie die dielektrischen Verluste, bevor sie mit der Arbeit beginnen. Die wichtigsten Fakten zur Herstellung von Hochfrequenz-Leiterplatten für das gewünschte Design sind unten aufgeführt:

  • Um kleine RF-Leiterplatten herzustellen, benötigen Sie einen größeren Anteil an Dielektrizitätskonstante
  • Wenn Sie geringe Verluste haben möchten, wählen Sie eine geringere Dielektrizitätskonstante.
 

Wenn die Verbindung sehr lang ist und hohe Verluste auftreten können, sollten Sie ein Material mit einem kleineren imaginären Anteil von DK verwenden. Der reale Anteil von DK wird nicht für die dielektrischen Verluste verwendet, wenn die Impedanz Ihrem gewünschten Wert entspricht. Allerdings hat Dk keinen Einfluss auf die Bestimmung der Wellenlänge des Betriebssignals für HF-Platinen. Kleine Schaltungen erfordern normalerweise eine kleine Wellenlänge, was bedeutet, dass wir einen hohen DK-Wert benötigen.

Wellenlängenvergleich von hohem DK und niedrigem DK für Hochfrequenz-Leiterplatten

Ein Punkt im Zusammenhang mit Hochfrequenz-Leiterplatten, die auf Resonanz basieren, ist die Richtung des elektrischen Feldes. Die Dielektrizitätskonstante von Trägermaterialien ist nicht um jede Achse im Material gleich, so dass die Dielektrizitätskonstante die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit und die Resonanz von der Richtung des elektrischen Feldes im System abhängig macht. Diese Unterschiede können etwa fünf Prozent betragen, wirken sich aber bei Strukturen mit hohem Q-Wert wie kurzen Resonatoren und Emittern aus, die mit modulierten Signalen kompatibel sind. Der Wert der Dielektrizitätskonstante in Bezug auf die verschiedenen elektrischen Polarisationsrichtungen muss im Datenblatt des Materials angegeben sein.

Dicke und Plattengröße von Hochfrequenz-Leiterplatten

Es sieht etwas langweilig aus, aber HF-Plattenmaterial ist nicht in jeder gewünschten Dicke und Plattengröße erhältlich. Bei diesen Materialien handelt es sich in der Regel um kupferkaschierte Laminate mit einer bestimmten Dicke, und viele Laminate können mit einer Klebeschicht aufeinander gestapelt werden. Sie können in hybriden Stapeln mit einer anderen Kategorie von FR4-Laminaten mit derselben Dicke verwendet werden. Die Laminatdicke ergibt die Gesamtdicke der Leiterplatte. Mit dieser Leiterbahnbreite können wir sie für die HF-Signalführung verwenden und gedruckte HF-Schaltungen auf Leiterplatten herstellen.

Die Dicke ist der wichtigste Faktor, da sie die Linienbreite bestimmt, die zur Erfüllung unserer erforderlichen Systemimpedanz erforderlich ist. Sie ist ein wichtiger Bestandteil jeder Kategorie von Hochfrequenzplatinen, da die Komponenten und gedruckten Bauteile in der Regel auf eine Systemimpedanz von fünfzig Ohm ausgelegt sind. Wenn Sie über Impedanzanpassungsschaltungen verfügen, um die Impedanz der gedruckten Schaltungen an die Systemimpedanz anzupassen, wird auch die Dicke des Substrats eine Impedanzfehlanpassung aufweisen, die die Anpassungsschaltungen kompensieren müssen, da sie den Abstand zur Erde für das kommende Jahr anpassen. Wenn Sie also kleine Leiterplatten und Leitungsbreiten benötigen, sollten Sie diese beiden Faktoren berücksichtigen.

  • Für kleinere Schaltungen müssen Sie einen großen DK-Wert anwenden
  • Verwenden Sie dünneres Laminat für kleinere Schaltungen
Typische DickenTypische Panelgrößen
ZentimetermmZentimetermm
0.010 0.2512×18305×457
0.020 0.5116×18406×457
0.030 0.7618×24457×610
0.061.5236×48914×1220

Wenn die Arbeit mit äußeren schlüsselfertig Hersteller und Sie müssen mit Materialbeständen zeichnen, dann müssen Sie sich auf Materialien beschränken und haben normalerweise keine bestimmte Plattengröße. Die Großhandel PCB Der Hersteller hat ein gutes Händchen für große Materialbestände. Die Paneelgröße gibt die Preise für eine Einheit an, da das Paneel die höchste Anzahl von Brettern hat. Wenn Sie die Möglichkeit haben, ein größeres oder kleineres Paneel als das Standardpaneel zu erhalten, so ist dies ein Bonus und eine Möglichkeit, zusätzliche Bretter zu erhalten.

Hochfrequenz-Leiterplatten-Kupferfolienmaterial

Für Hochfrequenzmaterial kann eine bestimmte Gruppe von Kupferfolienmaterialien verwendet werden, z.B. gewalztes, geglühtes Kupfer oder raues Kupfer mit niedrigem Profil, das für geringere Verluste ausgelegt ist. In einem guten Datenblatt wird die ungefähre Rauheit definiert, so dass wir eine Vorstellung von den ungefähren Verlusten für die Betriebsfrequenz bekommen können. Normalerweise ist glatteres Kupfer unter dem Gesichtspunkt der Verluste vorteilhaft, da es den Skin-Effekt nur geringfügig verstärkt und die Impedanzabweichung gering ist. Wenn die Verbindungen kleiner sind und wir eine kleinere Leiterplatte benötigen, sollten Sie DK/Df der Kupferfolie vorziehen.

Wenn Sie eine Bewertung bestimmter HF-Leiterplattenmaterialien vornehmen und wir die Leitungsverluste in Schaltkreisen berücksichtigen müssen, können wir die grundlegenden Techniken für die Ausbreitungskonstante verwenden, um die Leitungsverluste mithilfe des Gleichstromwiderstands der Leiterbahnen, des Skineffekts und des Kupferrauhigkeitsfaktors zu ermitteln.

Formel für die Verlustleistung pro Längeneinheit eines Hochfrequenz-PCBA-Leiters

Dieser Ausdruck gibt uns pro Längeneinheit die Leistungsverluste über den Leiter an. Der Skineffekt und der Gleichstromwiderstand können mit Hilfe eines Rechners gemessen werden, aber der Kupferrauhigkeitsfaktor K muss gemessen oder mit einem Standardrauhigkeitsmodell gemessen werden.

Für die Struktur von HF-Platinen wird normalerweise eine glattere Kupferfolie verwendet. Dabei ist das Beschichtungsmaterial zu berücksichtigen, da dieses Material eine raue Schnittstelle in einer Kupferschicht bilden kann, die hohe Verluste verursacht. Es gibt 2 Oberflächenbeschichtungen, die im Vergleich zu blankem Kupfer praktisch keine zusätzlichen Verluste verursachen: OSP und Chemisch Silber.

Wenn wir über 2.4Ghz Wi-Fi arbeiten oder die Verbindungen lang sind, müssen wir in der Regel ein verlustärmeres Beschichtungsmaterial wählen.

Thermische und mechanische Eigenschaften von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien

Manchmal stellt sich heraus, dass das Projekt, das wir machen wollen, nicht zuverlässig funktioniert. Bei bestimmten Systemtypen wie der Hochfrequenz-Luftfahrtelektronik werden zuerst die thermischen und mechanischen Eigenschaften berücksichtigt, da die Geräte während des Betriebs hohen Temperaturen, wiederholten thermischen Zyklen, mechanischen Vibrationen oder Erschütterungen ausgesetzt sein können. Wir haben zum Beispiel einige Geräte für Kunden aus der Luft- und Raumfahrt hergestellt, die aufgrund von Zugmodulen Roger-Laminate verwenden. Eine weitere Materialeigenschaft, die von einer Gruppe von Hybridplatinen gewünscht wird, ist die WAK-Anpassung. Einige PTFE-Materialien können die WAK-Parameter von FR4 übernehmen und werden daher in Hybridplatinen verwendet.

Zusammenfassung

Es gibt zahlreiche Materialtypen auf dem Markt, und einige weniger bekannte Anbieter sind nicht die erste Wahl für Ihr Projekt, und sie sind nicht in der Lage, Hochfrequenz-Leiterplattenlaminate zu liefern. Chinas erstklassige schlüsselfertige PCBA-Hersteller wie FS Technology können gewöhnliche Hochfrequenz-PCBA-Platten herstellen, haben aber auch kein Problem mit mmWave PCBA. Nicht alle Hersteller können ihr Wissen über mmWave PCBA oder 5G PCBAund selbst wenn sie es tun, können sie einen solchen Service nicht anbieten.

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