Wybór materiałów obwodów drukowanych i ich wpływ na różne pasma częstotliwości 5G

Przejście na 5G będzie ważną decyzją dla wielu branż, ale będzie ono zależało od ich zastosowań i operacji. Niektóre branże muszą szybko przyjąć nową technologię, aby pozostać konkurencyjnymi, podczas gdy inne mogą chcieć się spieszyć. Niezależnie od branży, w której działasz, powinieneś wziąć pod uwagę potencjalne koszty związane z użyciem nowych, szybkich materiałów. Czas magazynowania płytek PCB może się znacznie wydłużyć w przypadku szybkich materiałów, dlatego warto poświęcić czas na podjęcie właściwej decyzji.

Stała dielektryczna

Jeśli chodzi o wybór materiału PCB, stałą dielektryczną jest ważnym czynnikiem. Określa ona, jak szybko materiał będzie się rozszerzał i kurczył pod wpływem zmiany temperatury. Współczynnik przewodności cieplnej materiałów PCB jest zwykle mierzony w watach na metr na Kelvin. Różne materiały dielektryczne mają różne współczynniki przewodności cieplnej. Na przykład miedź ma przewodność cieplną 386 W/M-oC.

Przy wyborze materiałów PCB należy pamiętać, że efektywna stała dielektryczna podłoża wpływa na prędkość fal elektromagnetycznych. Stała dielektryczna materiału podłoża PCB i geometria ścieżek określą, jak szybko sygnał może przemieszczać się przez obwód.

Stała dielektryczna jest kluczowym czynnikiem przy wyborze materiałów PCB dla sieci 5G. Wysoka przenikalność pochłania sygnały elektromagnetyczne i pogarsza czułość komunikacji. Dlatego tak ważne jest, aby wybierać materiały PCB o niskiej przenikalności.

Grubość śladu

Zakres częstotliwości technologii 5G jest większy niż w przypadku poprzednich technik komunikacji bezprzewodowej. Oznacza to, że krótsze struktury są podatne na wzbudzanie przez sygnały. Zazwyczaj długość fali pojedynczej ścieżki PCB wynosi jeden centymetr. W tym zakresie częstotliwości pojedynczy ślad może być świetną anteną odbiorczą. Jednak wraz ze wzrostem zakresu częstotliwości wzrasta podatność ścieżki PCB. Dlatego ważne jest, aby określić najlepsze podejście do ekranowania.

Pasma częstotliwości standardu 5G są podzielone na dwie części - pasmo niskie i pasmo wysokie. Pierwsze pasmo to region fal milimetrowych, podczas gdy drugie pasmo znajduje się poniżej progu 6 GHz. Pasmo skupione wokół 30 GHz i 77 GHz będzie wykorzystywane przez sieć komórkową.

Drugie pasmo to niskie pasmo, które jest powszechnie używane w sektorze energetycznym do komunikacji ze zdalnymi farmami wiatrowymi, kopalniami i polami naftowymi. Jest ono również wykorzystywane do podłączania inteligentnych czujników w rolnictwie. Średnie pasmo 5G, które transmituje około 1,7 GHz do 2,5 GHz, zapewnia dobrą równowagę między szybkością a zasięgiem. Został zaprojektowany z myślą o pokryciu dużych obszarów i oferowaniu stosunkowo dużych prędkości, które nadal są szybsze niż te, które można uzyskać za pomocą domowego Internetu.

Koszt

Jeśli chodzi o wytwarzanie produktów elektronicznych, wybór materiałów na płytki PCB ma kluczowe znaczenie. Istnieje wiele wyzwań związanych z produkcją w wysokich pasmach częstotliwości, takich jak 5G. Na szczęście PCBA123 stworzyło rodziny materiałów, które spełniają wymagania dla tego nowego zakresu częstotliwości.

Wyższe częstotliwości nośne stosowane w sieciach 5G umożliwią wyższe szybkości transmisji danych i mniejsze opóźnienia. Pozwoli to na większą łączność dla znacznie większej liczby urządzeń. Oznacza to, że 5G może stać się standardem dla Internetu rzeczy. Jednak wraz ze wzrostem pasma częstotliwości rośnie również złożoność urządzeń.

Na szczęście istnieją pewne sposoby na obniżenie kosztów PCB. Na przykład, jedną z opcji jest użycie niskostratnych polimerów ciekłokrystalicznych, które mają niższą Tg. Chociaż ta opcja może obniżyć koszty, może wprowadzić nowe obawy dotyczące przenikalności. Alternatywnie, producenci mogą stosować elastyczną ceramikę i poliimidy, które lepiej nadają się do zastosowań niskotemperaturowych.

Rozszerzalność cieplna

Obwody PCB wysokiej częstotliwości wymagają materiałów o różnych charakterystykach rozszerzalności cieplnej. Podczas gdy FR-4 jest najpopularniejszym materiałem stosowanym w obwodach wysokiej częstotliwości, istnieje również wiele innych materiałów, które można wykorzystać w celu zminimalizowania strat. Wśród tych materiałów znajdują się czysty politetrafluoroetylen (PTFE), PTFE z wypełnieniem ceramicznym, ceramika węglowodorowa i wysokotemperaturowe tworzywa termoplastyczne. Materiały te różnią się wartościami Dk, a współczynnik strat zależy od zanieczyszczeń powierzchni, higroskopijności laminatu i temperatury produkcji.

Materiały obwodów drukowanych stosowane w technologiach 5G muszą być odporne na wyższe wahania temperatury. Zwiększenie odporności termicznej pozwoli na przetwarzanie płytek drukowanych przy użyciu istniejących urządzeń do przetwarzania płytek drukowanych. Ponadto, technologie 5G będą wymagać wyższej jakości materiałów PCB. Na przykład, Isola MT40 jest materiałem o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej w kierunku grubości, z Dk/Df wynoszącym 0,03, co wskazuje, że jest odpowiedni do zastosowań o wysokiej częstotliwości.

Aby zapewnić integralność sygnału, systemy 5G będą wymagały komponentów o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości. Dzięki efektywnemu zarządzaniu temperaturą, komponenty te mogą być zaprojektowane tak, aby działały z najwyższą możliwą prędkością. Przewodność cieplna (TCR) to właściwość, która mierzy stałą dielektryczną podłoża w odniesieniu do temperatury. Gdy obwód pracuje z wysoką częstotliwością, generuje ciepło i traci właściwości dielektryczne.