Что такое высокочастотная печатная плата?
Высокочастотная печатная плата относится к печатной плате с частотой выше 1 ГГц. Это определение может отличаться в зависимости от отрасли. Ее физические свойства, точность и технические параметры очень требовательны, и она часто используется в системах связи, автомобильных системах ADAS, системах спутниковой связи, радиосистемах и других областях.
В чем разница между высокочастотными печатными платами и обычными печатными платами?
Процесс производства высокочастотных печатных плат в основном такой же, как и обычных. Ключевой момент для достижения высокой частоты и высокой скорости заключается в свойствах сырья, то есть в характерных параметрах сырья. Основным материалом высокочастотных печатных плат является высокочастотный медно-плакированный ламинат, и основное требование к нему - низкая диэлектрическая проницаемость (Dk) и низкий коэффициент диэлектрических потерь (Df). Помимо обеспечения низких значений Dk и Df, постоянство параметров Dk также является одним из важных факторов при измерении качества печатных плат. Кроме того, еще одним важным параметром являются импедансные характеристики печатной платы и другие физические характеристики.
Некоторые характеристики высокочастотных подложек печатных плат
Диэлектрическая проницаемость (Dk) подложки высокочастотной печатной платы должна быть небольшой и стабильной. Вообще говоря, чем меньше, тем лучше. Скорость передачи сигнала обратно пропорциональна квадратному корню из диэлектрической проницаемости материала. Высокая диэлектрическая проницаемость может привести к задержке передачи сигнала.
Диэлектрические потери (Df) материалов подложки высокочастотной печатной платы должны быть небольшими, что в основном влияет на качество передачи сигнала. Чем меньше диэлектрические потери, тем меньше потери сигнала.
Импеданс высокочастотных печатных плат фактически относится к параметрам сопротивления и реактивности. Контроль импеданса является самым основным принципом для нашего высокоскоростного дизайна, потому что линии печатной платы должны учитывать вставку и установку электронных компонентов, а также учитывать проводящие характеристики и передачу сигнала после вставки. Производительность и другие вопросы, поэтому чем ниже импеданс, тем лучше. Как правило, крупные производители плат обеспечивают определенную степень погрешности импеданса при обработке печатных плат.
Основной материал высокочастотных печатных плат должен иметь низкое водопоглощение. Высокое водопоглощение приведет к снижению диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь при намокании.
Свойства высокочастотных материалов
По сравнению с высокоскоростными материалами, в высокочастотных материалах больше внимания уделяется величине и изменению диэлектрической проницаемости материала (Dk). Высокочастотные изделия очень чувствительны к изменениям диэлектрической проницаемости материала (Dk). Поэтому при выборе высокочастотных материалов основное внимание уделяется стабильности диэлектрической проницаемости (Dk), а также толщине диэлектрика материала, коэффициенту температурного дрейфа материала и стробоскопическим характеристикам материала. В отрасли не существует четкого стандарта классификации высокочастотных материалов, но многие производители печатных плат условно классифицируют высокочастотные платы на основе диэлектрической проницаемости (Dk) материала. Материалы с одинаковой диэлектрической проницаемостью (Dk) считаются похожими и могут быть заменены друг другом.
В области высокочастотных материалов также широко используется метод разделения материалов на материалы из ПТФЭ и материалы без ПТФЭ. Это тесно связано с областями применения высокочастотных продуктов. В настоящее время область радиочастот можно разделить на две части. Во-первых, широко используемые частоты ниже 6 ГГц: 3,5 ГГц, 2,7 ГГц и 1,8 ГГц. Основными продуктами являются усилители мощности, антенные калибраторы, решетки и другие продукты. Другая часть заключается в том, что широко используемые частоты в области миллиметровых волн выше 20 ГГц - это 24 ГГц, 66 ГГц и 77 ГГц, а основными продуктами являются продукты для радаров. Это связано в первую очередь с тем, что с увеличением частоты стробоскопический эффект и диэлектрические потери продуктов, изготовленных не из ПТФЭ, резко увеличивают влияние на передачу сигнала, в то время как материалы из ПТФЭ обладают лучшими эксплуатационными характеристиками.
Сборка высокочастотной печатной платы, как правило, имеет характеристики, в которых приоритет отдается контролируемому импедансу и минимизации потерь сигнала.
Ключевыми характеристиками являются симметричное расположение слоев, выделенные заземляющие плоскости и использование диэлектрических материалов с низкими потерями, таких как PTFE. Для обеспечения целостности сигнала и минимизации отражений обычно используются трассы с контролируемым импедансом и методы согласования импеданса. Кроме того, тщательно прорабатываются вопросы снижения электромагнитных помех (ЭМП) и перекрестных наводок, для чего часто используются экранирующие слои. В целом, конструкция стека направлена на обеспечение стабильных и надежных характеристик сигнала на высоких частотах.
Традиционные медно-пластинчатые материалы имеют большие потери при передаче и не могут удовлетворить требованиям к качеству передачи высокочастотного сигнала. Поэтому наиболее важными характеристиками материалов подложки печатной платы, используемых в связи 5G, являются соответствие требованиям высокой частоты и высокой скорости, а также требованиям интеграции, миниатюризации, легкости, многофункциональности и высокой надежности. В частности, смоляные материалы требуют низкой диэлектрической проницаемости (Dk), низких диэлектрических потерь (Df), низкого коэффициента теплового расширения (CTE) и высокой теплопроводности. В настоящее время подавляющее большинство подложек для высокочастотных/высокоскоростных печатных плат составляют жесткие медно-плакированные ламинаты, представленные термопластичными материалами на основе политетрафторэтилена (PTFE) и термореактивными материалами на основе углеводородных смол (PCH), благодаря их беспрецедентно низким диэлектрическим свойствам. В последние годы полифениленовый эфир (PPO или PPE), бисмалеимид (BMI), цианатный эфир (CE), триазиновая смола (BT), бензоксазин (BOZ) и бензоциклобутен (BCB) и связанные с ними модификации и другие новые смолистые материалы для высокочастотных/высокоскоростных подложек печатных плат.
Полифениленовый эфир (PPO или PPE), отличающийся диэлектрическими свойствами, превосходящими только PTFE, в последние годы стал материалом, представляющим значительный интерес для промышленности. Более того, технологичность материалов PPO превосходит таковую у PTFE, что делает модифицированную смолу PPO, такую как Panasonic M6, M7N и Lianmao IT968, IT988GSE, предпочтительным выбором для достижения очень низких потерь (Very Low Loss) и сверхнизких потерь (Ultra Low Loss) в высокоскоростных платах. Система смол, используемая в высокочастотных платах, преимущественно состоит из термопластичного материала политетрафторэтилена (PTFE) и углеводородной смолы (PCH). Несмотря на способность достигать исключительно низких диэлектрических потерь (Df) и стабильной диэлектрической проницаемости (Dk), плохая технологичность материала делает его непригодным для изготовления многослойных плат и, в частности, для обработки плат HDI.
Появление связи 5G привело к увеличению сложности печатных плат для высокочастотных изделий, выходя за рамки традиционных одно- и двухсторонних структур и охватывая многослойные платы, даже с учетом спецификаций проектирования HDI. Разработчики материалов отреагировали на это внедрением смолы PPO в высокочастотные платы, обеспечивая чрезвычайно низкие диэлектрические потери (Df) и стабильную диэлектрическую проницаемость (Dk), одновременно повышая технологичность материала для печатных плат. В качестве примера такого подхода можно привести высокочастотные платы Lianmao IT-88GMW, IT-8300GA, IT-8350G, IT-8338G, IT-8615G и другие, в которых используется гибридная система, состоящая из модифицированной PPO-смолы и углеводородной смолы. Эта стратегическая формула не только отвечает требованиям высокочастотной передачи сигнала, но и значительно повышает технологичность материала.
Двойная траектория развития 5G - к более высоким скоростям и частотам - требует соразмерного снижения диэлектрических потерь (Df) и диэлектрической проницаемости (Dk) материалов. Одновременно с этим требование к продуктам 5G быть более компактными и однородными заставляет соответствующие печатные платы переходить к более многослойным конфигурациям, возможно, даже с учетом спецификаций HDI. В этом контексте использование смолы на основе полифениленового эфира (PPO или PPE) представляется благоприятным направлением развития, отвечающим растущим требованиям к высокочастотным и высокоскоростным материалам.