Val av material för PCB-kretsar och dess påverkan på olika frekvensband i 5G

Övergången till 5G kommer att vara ett viktigt beslut för många branscher, men övergången kommer att bero på deras applikationer och verksamhet. Vissa branscher behöver anamma den nya tekniken snabbt för att förbli konkurrenskraftiga, medan andra kanske vill ta god tid på sig. Oavsett vilken bransch du befinner dig i bör du ta hänsyn till de potentiella kostnader som är förknippade med att använda nya höghastighetsmaterial. Stack-up-tiden för mönsterkort kan öka avsevärt med höghastighetsmaterial, så det är värt att ta god tid på sig för att fatta rätt beslut.

Dielektrisk konstant

När det gäller val av PCB-material är den dielektriska konstanten en viktig faktor. Den avgör hur snabbt materialet expanderar och drar ihop sig när det utsätts för en temperaturförändring. Den termiska konduktiviteten hos PCB-material mäts vanligtvis i watt per meter per Kelvin. Olika dielektriska material har olika värmeledningsförmåga. Koppar, till exempel, har en värmeledningsförmåga på 386 W/M-oC.

När du väljer PCB-material, kom ihåg att den effektiva dielektriska konstanten hos substratet påverkar hastigheten hos elektromagnetiska vågor. Den dielektriska konstanten för PCB-substratmaterialet och spårgeometrin kommer att avgöra hur snabbt en signal kan färdas över kretsen.

Den dielektriska konstanten är en viktig faktor vid val av PCB-material för 5G-nätverk. Hög permittivitet absorberar elektromagnetiska signaler och försämrar känsligheten i kommunikationen. Därför är det viktigt att välja PCB-material som har låg permittivitet.

Spårets tjocklek

Frekvensområdet för 5G-tekniken är större än för tidigare tekniker för trådlös kommunikation. Det innebär att kortare strukturer är känsliga för att exciteras av signalerna. Vanligtvis är våglängden för ett enda PCB-spår en centimeter. Med detta frekvensområde kan ett enda spår vara en utmärkt mottagningsantenn. Men när frekvensområdet breddas ökar känsligheten hos ett PCB-spår. Därför är det viktigt att bestämma den bästa avskärmningsmetoden.

Frekvensbanden i 5G-standarden är uppdelade i två delar - det låga bandet och det höga bandet. Det första bandet är millimetervågsområdet, medan det andra bandet ligger under 6 GHz-gränsen. Bandet som är centrerat kring 30 GHz och 77 GHz kommer att användas för mobilnätet.

Det andra bandet är lågband, som ofta används inom energisektorn för att kommunicera med avlägsna vindkraftsparker, gruvdrift och oljefält. Det används också för att ansluta smarta sensorer inom jordbruket. Mellanband 5G, som sänder mellan 1,7 GHz och 2,5 GHz, ger en bra balans mellan hastighet och täckning. Den är utformad för att täcka stora områden och erbjuda relativt höga hastigheter, som fortfarande är snabbare än vad du kan få med internet hemma.

Kostnad

När det gäller tillverkning av elektroniska produkter är valet av material för mönsterkort avgörande. Det finns många utmaningar vid tillverkning i höga frekvensband, som 5G. Lyckligtvis har PCBA123 skapat materialfamiljer som uppfyller kraven för detta nya frekvensområde.

De högre bärfrekvenser som används i 5G-nätverk möjliggör högre datahastigheter och lägre latens. Detta möjliggör bättre anslutningsmöjligheter för ett mycket större antal enheter. Det innebär att 5G mycket väl kan bli standarden för sakernas internet. Men i takt med att frekvensbandet ökar, ökar också komplexiteten hos enheterna.

Lyckligtvis finns det några sätt att minska kostnaden för mönsterkort. Ett alternativ är till exempel att använda flytande kristallpolymerer med låg förlust, som har en lägre Tg. Även om detta alternativ kan sänka kostnaderna, kan det medföra nya problem med permittiviteten. Alternativt kan tillverkarna använda flexibla keramer och polyimider, som är bättre lämpade för lågtemperaturtillämpningar.

Termisk expansion

Högfrekventa PCB-kretsar kräver material med olika värmeutvidgningsegenskaper. FR-4 är det vanligaste materialet i högfrekventa kretsar, men det finns också många andra material som kan användas för att minimera förlusterna. Bland dessa material finns ren polytetrafluoreten (PTFE), keramikfylld PTFE, kolvätekeramik och högtemperaturtermoplast. Dessa material har olika Dk-värden och förlustfaktorn baseras på ytföroreningar, laminatets hygroskopicitet och tillverkningstemperaturen.

PCB-kretsmaterial som används i 5G-teknik måste vara motståndskraftiga mot högre temperaturvariationer. Ökad termisk resistens gör att kretskort kan bearbetas med hjälp av befintliga anläggningar för bearbetning av kretskort. Dessutom kommer 5G-tekniken att kräva PCB-material av högre kvalitet. Isola MT40 är till exempel ett material med låg värmeutvidgningskoefficient i tjockleksriktningen, med en Dk/Df på 0,03, vilket indikerar att det är lämpligt för högfrekventa tillämpningar.

För att säkerställa signalintegritet kommer 5G-system att kräva höghastighets- och högfrekvenskomponenter. Med effektiv värmehantering kan dessa komponenter utformas för att prestera med högsta möjliga hastighet. Termisk konduktivitet, eller TCR, är en egenskap som mäter den dielektriska konstanten hos ett substrat i förhållande till temperaturen. När en krets arbetar med höga frekvenser genereras värme och den dielektriska prestandan försämras.