PCB Devre Malzemelerinin Seçimi ve 5G'nin Farklı Frekans Bantlarındaki Etkisi

5G'ye geçiş birçok sektör için önemli bir karar olacaktır, ancak geçiş, uygulamalarına ve operasyonlarına bağlı olacaktır. Bazı sektörlerin rekabetçi kalabilmek için yeni teknolojiyi hızla benimsemesi gerekirken, diğerleri acele etmemek isteyebilir. Hangi sektörde olursanız olun, yeni yüksek hızlı malzemelerin kullanımıyla ilgili potansiyel maliyetleri göz önünde bulundurmalısınız. PCB'ler için istifleme süresi yüksek hızlı malzemelerle önemli ölçüde artabilir, bu nedenle doğru kararı vermek için zaman ayırmaya değer.

Dielektrik sabiti

PCB malzeme seçimi söz konusu olduğunda, dielektrik sabiti önemli bir husustur. Malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe maruz kaldığında ne kadar hızlı genişleyeceğini ve daralacağını belirler. PCB malzemelerinin termal iletkenlik oranı tipik olarak Kelvin başına metre başına watt cinsinden ölçülür. Farklı dielektrik malzemeler farklı termal iletkenlik oranlarına sahip olacaktır. Örneğin bakır, 386 W/M-oC'lik bir termal iletkenliğe sahiptir.

PCB malzemelerini seçerken, alt tabakanın etkili dielektrik sabitinin elektromanyetik dalgaların hızını etkilediğini unutmayın. PCB alt tabaka malzemesinin dielektrik sabiti ve iz geometrisi, bir sinyalin devre boyunca ne kadar hızlı hareket edebileceğini belirleyecektir.

Dielektrik sabiti, 5G ağı için PCB malzemeleri seçerken göz önünde bulundurulması gereken önemli bir husustur. Yüksek geçirgenlik, elektromanyetik sinyalleri emecek ve iletişimin hassasiyetini düşürecektir. Bu nedenle, düşük geçirgenliğe sahip PCB malzemelerinin seçilmesi çok önemlidir.

İz kalınlığı

5G teknolojisinin frekans aralığı önceki kablosuz iletişim tekniklerinden daha geniştir. Bu da daha kısa yapıların sinyaller tarafından uyarılmaya açık olduğu anlamına gelmektedir. Tipik olarak, tek bir PCB izinin dalga boyu bir santimetredir. Bu frekans aralığında, tek bir iz harika bir alıcı anten olabilir. Bununla birlikte, frekans aralığı genişledikçe, bir PCB izinin duyarlılığı artar. Bu nedenle, en iyi ekranlama yaklaşımını belirlemek çok önemlidir.

5G standardının frekans bantları, düşük bant ve yüksek bant olmak üzere iki bölüme ayrılmıştır. İlk bant milimetre dalga bölgesidir, ikinci bant ise 6GHz eşiğinin altındadır. Mobil ağ için 30 GHz ve 77 GHz civarında ortalanmış bant kullanılacaktır.

İkinci bant, enerji sektöründe uzak rüzgar çiftlikleri, madencilik operasyonları ve petrol sahaları ile iletişim kurmak için yaygın olarak kullanılan düşük banttır. Ayrıca tarımda akıllı sensörleri bağlamak için de kullanılır. Yaklaşık 1,7 GHz ila 2,5 GHz arasında iletim yapan orta bant 5G, hız ve kapsama alanı arasında iyi bir denge sağlar. Geniş alanları kapsayacak ve nispeten yüksek hızlar sunacak şekilde tasarlanmıştır, ancak yine de ev internetiyle elde edebileceğinizden daha hızlıdır.

Maliyet

Elektronik ürünlerin üretimi söz konusu olduğunda, PCB'ler için malzeme seçimi kritik önem taşır. 5G gibi yüksek frekans bantlarında üretim yaparken birçok zorluk vardır. Neyse ki PCBA123, bu yeni frekans aralığının gereksinimlerini karşılayan malzeme aileleri oluşturmuştur.

5G ağlarında kullanılan daha yüksek taşıyıcı frekansları, daha yüksek veri hızları ve daha düşük gecikme süresi sağlayacaktır. Bu da çok daha fazla sayıda cihaz için daha fazla bağlanabilirlik sağlayacaktır. Bu da 5G'nin Nesnelerin İnterneti için bir standart olabileceği anlamına geliyor. Ancak frekans bandı arttıkça cihazların karmaşıklığı da artmaktadır.

Neyse ki, PCB'lerin maliyetini düşürmenin bazı yolları vardır. Örneğin, bir seçenek daha düşük Tg'ye sahip düşük kayıplı sıvı kristal polimerler kullanmaktır. Bu seçenek maliyetleri düşürebilirken, yeni geçirgenlik endişelerini de beraberinde getirebilir. Alternatif olarak, üreticiler düşük sıcaklık uygulamaları için daha uygun olan esnek seramikler ve poliimidler kullanabilirler.

Termal genleşme

Yüksek frekanslı PCB devreleri, farklı termal genleşme özelliklerine sahip malzemeler gerektirir. FR-4, yüksek frekanslı devrelerde kullanılan en yaygın malzeme olmakla birlikte, kaybı en aza indirmek için kullanılabilecek başka birçok malzeme de vardır. Bu malzemeler arasında saf politetrafloroetilen (PTFE), seramik dolgulu PTFE, hidrokarbon seramik ve yüksek sıcaklık termoplastiği bulunmaktadır. Bu malzemeler Dk değerlerine göre değişir ve kayıp faktörü yüzey kirleticilerine, laminat higroskopikliğine ve üretim sıcaklığına bağlıdır.

5G teknolojilerinde kullanılan PCB devre malzemelerinin daha yüksek sıcaklık değişimlerine dayanıklı olması gerekmektedir. Artan termal direnç, devre kartlarının mevcut devre kartı işleme tesisleri kullanılarak işlenmesine olanak sağlayacaktır. Buna ek olarak, 5G teknolojileri daha yüksek kaliteli PCB malzemeleri gerektirecektir. Örneğin Isola MT40, kalınlık yönünde düşük termal genleşme katsayısına sahip, Dk/Df değeri 0,03 olan ve yüksek frekanslı uygulamalar için uygun olduğunu gösteren bir malzemedir.

Sinyal bütünlüğünü sağlamak için 5G sistemleri yüksek hızlı ve yüksek frekanslı bileşenlere ihtiyaç duyacaktır. Etkili termal yönetim ile bu bileşenler mümkün olan en yüksek hızda çalışacak şekilde tasarlanabilir. Termal iletkenlik veya TCR, bir alt tabakanın dielektrik sabitini sıcaklıkla ilişkili olarak ölçen bir özelliktir. Bir devre yüksek frekanslı çalışma altındayken ısı üretir ve dielektrik performansını kaybeder.