Valg af PCB-kredsløbsmaterialer og dets indflydelse på forskellige frekvensbånd i 5G

Overgangen til 5G vil være en vigtig beslutning for mange brancher, men overgangen vil afhænge af deres applikationer og drift. Nogle brancher er nødt til at indføre den nye teknologi hurtigt for at forblive konkurrencedygtige, mens andre måske vil tage sig god tid. Uanset hvilken branche du befinder dig i, bør du overveje de potentielle omkostninger, der er forbundet med at bruge nye højhastighedsmaterialer. Stack-up-tiden for printkort kan øges betydeligt med højhastighedsmaterialer, så det er værd at tage sig tid til at træffe den rigtige beslutning.

Dielektrisk konstant

Når det gælder valg af PCB-materiale, er den dielektriske konstant en vigtig faktor. Den bestemmer, hvor hurtigt materialet udvider sig og trækker sig sammen, når det udsættes for en temperaturændring. PCB-materialers varmeledningsevne måles typisk i watt pr. meter pr. kelvin. Forskellige dielektriske materialer har forskellige varmeledningsevner. Kobber har f.eks. en varmeledningsevne på 386 W/M-oC.

Når du vælger PCB-materialer, skal du huske, at substratets effektive dielektriske konstant påvirker de elektromagnetiske bølgers hastighed. Den dielektriske konstant i PCB-substratmaterialet og sporingsgeometrien bestemmer, hvor hurtigt et signal kan bevæge sig gennem kredsløbet.

Den dielektriske konstant er en vigtig overvejelse, når man vælger PCB-materialer til 5G-netværk. Høj permittivitet vil absorbere elektromagnetiske signaler og forringe kommunikationens følsomhed. Derfor er det afgørende at vælge PCB-materialer med lav permittivitet.

Sporets tykkelse

Frekvensområdet for 5G-teknologien er større end de tidligere trådløse kommunikationsteknikker. Det betyder, at kortere strukturer er modtagelige for at blive exciteret af signalerne. Typisk er bølgelængden på et enkelt PCB-spor en centimeter. Med dette frekvensområde kan et enkelt spor være en god modtageantenne. Men når frekvensområdet udvides, øges følsomheden af en PCB-bane. Derfor er det vigtigt at finde frem til den bedste afskærmning.

Frekvensbåndene i 5G-standarden er opdelt i to dele - det lave bånd og det høje bånd. Det første bånd er millimeterbølgeregionen, mens det andet bånd er under 6 GHz-tærsklen. Båndet centreret omkring 30 GHz og 77 GHz vil blive brugt til mobilnetværket.

Det andet bånd er lavbåndet, som ofte bruges i energisektoren til at kommunikere med fjerntliggende vindmølleparker, minedrift og oliefelter. Det bruges også til at forbinde intelligente sensorer i landbruget. Mid-band 5G, som sender omkring 1,7 GHz til 2,5 GHz, giver en god balance mellem hastighed og dækning. Det er designet til at dække store områder og tilbyde relativt høje hastigheder, som stadig er hurtigere end det, du kan få med internet i hjemmet.

Omkostninger

Når det handler om at fremstille elektroniske produkter, er valget af materialer til printplader afgørende. Der er mange udfordringer, når man fremstiller ved høje frekvensbånd, som f.eks. 5G. Heldigvis har PCBA123 skabt familier af materialer, der opfylder kravene til dette nye frekvensområde.

De højere bærefrekvenser, der bruges i 5G-netværk, vil muliggøre højere datahastigheder og lavere ventetid. Det vil give mulighed for bedre forbindelser for et meget større antal enheder. Det betyder, at 5G meget vel kan blive standarden for tingenes internet. Men i takt med at frekvensbåndet øges, øges også enhedernes kompleksitet.

Heldigvis er der nogle måder at reducere omkostningerne til printkort på. En mulighed er for eksempel at bruge flydende krystalpolymerer med lavt tab, som har en lavere Tg. Selv om denne mulighed kan sænke omkostningerne, kan den medføre nye permittivitetsproblemer. Alternativt kan producenterne bruge fleksibel keramik og polyimider, som er bedre egnet til anvendelser ved lave temperaturer.

Termisk udvidelse

Højfrekvente printkredsløb kræver materialer med forskellige varmeudvidelsesegenskaber. FR-4 er det mest almindelige materiale i højfrekvente kredsløb, men der er også mange andre materialer, som kan bruges til at minimere tabet. Blandt disse materialer er ren polytetrafluorethylen (PTFE), keramikfyldt PTFE, kulbrintekeramik og højtemperaturtermoplast. Disse materialer varierer i Dk-værdier, og tabsfaktoren er baseret på overfladeforureninger, laminatets hygroskopicitet og fremstillingstemperaturen.

PCB-kredsløbsmaterialer, der bruges i 5G-teknologier, skal være modstandsdygtige over for højere temperaturvariationer. Øget termisk modstand vil gøre det muligt at behandle printkort ved hjælp af eksisterende faciliteter til behandling af printkort. Derudover vil 5G-teknologier kræve printkortmaterialer af højere kvalitet. For eksempel er Isola MT40 et materiale med en lav varmeudvidelseskoefficient i tykkelsesretningen med en Dk/Df på 0,03, hvilket indikerer, at det er velegnet til højfrekvente anvendelser.

For at sikre signalintegritet vil 5G-systemer kræve højhastigheds- og højfrekvenskomponenter. Med effektiv varmestyring kan disse komponenter designes til at fungere ved den højest mulige hastighed. Varmeledningsevne, eller TCR, er en egenskab, der måler et substrats dielektriske konstant i forhold til temperaturen. Når et kredsløb er i højfrekvent drift, genererer det varme og mister dielektrisk ydeevne.