PCB áramköri anyagok kiválasztása és annak hatása az 5G különböző frekvenciasávjaiban

Az 5G-re való átállás számos iparág számára fontos döntés lesz, de az átállás az alkalmazásoktól és a működésüktől függ. Egyes iparágaknak gyorsan kell átvenniük az új technológiát, hogy versenyképesek maradjanak, míg másoknak talán nem kell sietniük. Függetlenül attól, hogy melyik iparágban tevékenykedik, figyelembe kell vennie az új nagysebességű anyagok használatával járó lehetséges költségeket. A nyomtatott áramköri lapok rakodási ideje jelentősen megnövekedhet a nagysebességű anyagokkal, ezért érdemes időt szánni a megfelelő döntés meghozatalára.

Dielektromos állandó

A nyomtatott áramköri lapok anyagának kiválasztásakor a dielektromos állandó fontos szempont. Ez határozza meg, hogy az anyag milyen gyorsan tágul és húzódik össze, amikor hőmérsékletváltozásnak van kitéve. A NYÁK-anyagok hővezetési sebességét általában watt/méter/ Kelvinben mérik. A különböző dielektromos anyagok eltérő hővezetési tényezővel rendelkeznek. A réz hővezetési tényezője például 386 W/M-oC.

A NYÁK-anyagok kiválasztásakor ne feledje, hogy a szubsztrát effektív dielektromos állandója befolyásolja az elektromágneses hullámok sebességét. A PCB szubsztrát anyagának dielektromos állandója és a nyomvonalgeometria határozza meg, hogy a jel milyen gyorsan tud áthaladni az áramkörön.

A dielektromos állandó kulcsfontosságú szempont az 5G hálózatokhoz használt NYÁK-anyagok kiválasztásakor. A magas permittivitás elnyeli az elektromágneses jeleket és csökkenti a kommunikáció érzékenységét. Ezért kulcsfontosságú, hogy olyan PCB-anyagokat válasszon, amelyek alacsony permittivitással rendelkeznek.

Nyomvonal vastagsága

Az 5G technológia frekvenciatartománya nagyobb, mint a korábbi vezeték nélküli kommunikációs technikáké. Ez azt jelenti, hogy rövidebb szerkezetek is érzékenyek a jelek gerjesztésére. Jellemzően egyetlen NYÁK-nyom hullámhossza egy centiméter. Ezzel a frekvenciatartományban egyetlen nyomvonal is nagyszerű vételi antenna lehet. Azonban ahogy a frekvenciatartomány szélesedik, úgy nő a NYÁK nyomvonal érzékenysége. Ezért lényeges a legjobb árnyékolási megközelítés meghatározása.

Az 5G szabvány frekvenciasávjai két részre oszlanak - az alacsony és a magas sávra. Az első sáv a milliméterhullámú régió, míg a második sáv a 6 GHz-es küszöbérték alatt van. A 30 GHz és 77 GHz körüli sávot a mobilhálózat fogja használni.

A második sáv az alacsony sáv, amelyet általában az energiaágazatban használnak a távoli szélerőművekkel, bányászati műveletekkel és olajmezőkkel való kommunikációra. A mezőgazdaságban az intelligens érzékelők összekapcsolására is használják. A keskenysávú 5G, amely 1,7 GHz és 2,5 GHz körül sugároz, jó egyensúlyt biztosít a sebesség és a lefedettség között. Úgy tervezték, hogy nagy területeket fedjen le, és viszonylag nagy sebességet kínáljon, ami még mindig gyorsabb, mint amit az otthoni internettel elérhet.

Költségek

Az elektronikai termékek gyártása során a nyomtatott áramköri lapok anyagválasztása kritikus fontosságú. A nagyfrekvenciás sávokban, például az 5G-ben történő gyártás során számos kihívás merül fel. Szerencsére a PCBA123 olyan anyagcsaládokat hozott létre, amelyek megfelelnek az új frekvenciatartomány követelményeinek.

Az 5G hálózatokban használt magasabb vivőfrekvenciák nagyobb adatátviteli sebességet és alacsonyabb késleltetést tesznek lehetővé. Ez sokkal több eszköz számára teszi lehetővé a nagyobb csatlakoztathatóságot. Ez azt jelenti, hogy az 5G lehet a dolgok internetének szabványa. A frekvenciasáv növekedésével azonban az eszközök összetettsége is növekszik.

Fortunately, there are some ways to reduce the cost of PCBs. For example, one option is to use low-loss liquid crystal polymers, which have a lower Tg. While this option can lower costs, it can introduce new permittivity concerns. Alternatively, manufacturers can use flexible ceramics and polyimides, which are better suited for low-temperature applications.

Thermal expansion

High-frequency PCB circuits require materials with different thermal expansion characteristics. While FR-4 is the most common material used in high-frequency circuits, there are also many other materials that can be used to minimize loss. Among these materials are pure polytetrafluoroethylene (PTFE), ceramic-filled PTFE, hydrocarbon ceramic, and high-temperature thermoplastic. These materials vary in Dk values, and the loss factor is based on surface contaminants, laminate hygroscopicity, and manufacturing temperature.

PCB circuit materials used in 5G technologies have to be resistant to higher temperature variations. Increasing thermal resistance will allow circuit boards to be processed using existing circuit board processing facilities. In addition, 5G technologies will require higher-quality PCB materials. For example, Isola MT40 is a material with a low coefficient of thermal expansion in the thickness direction, with a Dk/Df of 0.03, indicating that it is appropriate for high-frequency applications.

To ensure signal integrity, 5G systems will require high-speed and high-frequency components. With effective thermal management, these components can be designed to perform at the highest speed possible. Thermal conductivity, or TCR, is a property that measures the dielectric constant of a substrate in relation to temperature. When a circuit is under high-frequency operation, it generates heat and loses dielectric performance.