Omezení materiálů FR4 ve vysokofrekvenčních PCB
Navzdory mnoha výhodám materiálů FR4 je jejich výkon ve vysokofrekvenčních aplikacích neuspokojivý, jak dokládá následující:
Nedostatečná dielektrická konstantní stabilita
Za vysokofrekvenčních podmínek se dielektrická konstanta (DK) FR4 fluktuuje s frekvencí, což může vést ke zpožděnému nebo zkreslenému přenosu signálu.
Vyšší dielektrická ztráta
Dielektrická ztráta úhlové tečné (DF) materiálu FR4 je relativně velká a vysokofrekvenční signály ztratí více během přenosu, což není vhodné pro vysokorychlostní přenos signálu s nízkou ztrátou.
Nízká tepelná vodivost
Vysokofrekvenční obvody jsou obvykle doprovázeny vysokými hustotami výkonu a tepelná vodivost FR4 nestačí k tomu, aby se teplo dostatečně rychle rozptýlilo, což může vést k tepelnému selhání.
Omezení integrity signálu
Vzhledem k omezením elektrických vlastností materiálů FR4 jsou problémy, jako je odraz signálu a přeslech, výraznější ve vysokofrekvenčním prostředí.
Strategie pro optimalizaci vysokofrekvenčního návrhu PCB FR4
Za účelem plného využití výhod materiálu FR4 ve vysokofrekvenčních aplikacích a zároveň se vyhnout jeho omezením, následující strategie pro informaci:
Rozumný design laminované struktury
Prostřednictvím optimalizace návrhu stohování PCB snižte oblast signální smyčky, snižte elektromagnetické rušení a zvýší integritu signálu.
Vyberte variantní materiály s nízkou ztrátou FR4.
Na trhu existují některé vylepšené materiály FR4 s nižší dielektrickou konstantou a úhlem ztráty, které jsou vhodnější pro vysokofrekvenční požadavky.
Přesná kontrola impedance zarovnání
Vysokofrekvenční signály vyžadují porovnávání s vysokou impedancí a lepší kontrolu impedance lze dosáhnout úpravou šířky zarovnání, mezery a dielektrické tloušťky.
Použití štítů a zemních vrstev
Představení stínění a uzemňovacích vrstev ve vysokofrekvenčním návrhu PCB může účinně potlačit vyzařované interference a zlepšit elektromagnetickou kompatibilitu.
Optimalizace simulace signálu
V počátečních fázích návrhu prostřednictvím analýzy simulace signálu signálu, aby bylo možné předem najít potenciální problémy, aby se později snížila přepracování.
Výběr alternativního materiálu FR4
V některých extrémních vysokofrekvenčních scénářích nemusí být FR4 schopna uspokojit poptávku, můžete zvážit následující alternativní materiály:
Materiál Rogers
Materiál Rogers má nižší dielektrickou konstantu a úhlu ztráty tečnu, vhodný pro vysokofrekvenční a mikrovlnné aplikace, ale náklady jsou vyšší.
Keramické substráty
Keramické materiály mají vysokou tepelnou vodivost a vynikající elektrické vlastnosti, což z nich činí ideální pro vysokofrekvenční a vysoce výkonné aplikace.
Materiály PTFE (polytetrafluorethylen)
Materiály PTFE mají vynikající dielektrické vlastnosti a jsou zvláště vhodné pro RF a mikrovlnné obvody.
Praktické aplikace vysokofrekvenčních PCB FR4
Navzdory určitým omezením je materiál FR4 stále široce používán v následujících vysokofrekvenčních aplikacích:
Bezdrátové komunikační moduly: Vhodné pro nízkonákladové bezdrátové komunikační zařízení, jako jsou moduly Wi-Fi, Bluetooth moduly.
Vybavení radiofrekvenční identifikace (RFID): Používá se ve středně frekvenční nebo nízkofrekvenční RFID systémech.
Automobilové elektronické systémy: FR4 je stále mainstreamovým materiálem v některých radar a senzory automobilu.
Závěr
Materiál FR4 je stále jedním z běžně používaných materiálů ve vysokofrekvenčním PCB kvůli jeho vynikající ekonomice a komplexnímu výkonu. Vzhledem k náročným potřebám vysokofrekvenčních aplikací však návrháři musí vzít v úvahu své elektrické vlastnosti, tepelné výkon a omezení nákladů a zajistit výkon a spolehlivost vysokofrekvenčních obvodů optimalizací návrhu nebo výběrem alternativních materiálů nebo výběrem alternativních materiálů . V budoucnu se očekává, že výkon společnosti FR4 bude s rozvojem materiálních technologií a výrobního procesu dále zlepšen, aby lépe vyhověl rostoucí poptávce po vysokofrekvenční elektronice.
