Jeg hørte at mange maskinvareingeniører støter på et kjernespørsmål under prosjektutvelgelsen: hvorfor må vi spesifikt velge RF-kretskort for høyfrekvente RF-scenarier, selv om konvensjonellefr4 kretskortkan fullføre grunnleggende ledninger? Begge ser ut til å være PCB-bærere som bærer elektroniske komponenter, men i virkeligheten er det vesentlige forskjeller i materialegenskaper, designlogikk, prosessnøyaktighet og applikasjonsgrenser. Å velge feil kort kan resultere i overdreven signaltap og langvarige prosjektfeilsøkingssykluser, mens det i alvorlige tilfeller direkte kan føre til funksjonssvikt i produktet og mislykket industrisamsvarstesting.
Kjerne underliggende forskjeller: omfattende differensiering fra materialer til ytelse
1. Logikken for valg av underlag er helt annerledes
De aller fleste konvensjonelle kretskort bruker fr4 epoksyglassduk, som er de mest brukte generell-kortene i elektronikkindustrien. De er avhengige av epoksyharpiks som et bindemiddel, med lav pris og sterk prosesseringskompatibilitet, og tilpasser seg fullt ut behovene til de aller fleste lavfrekvente digitale kretser og vanlige analoge kretser. Imidlertid har dens dielektriske konstant (Dk) dårlig stabilitet, svinger sterkt med temperatur og frekvens, og har en høy dielektrisk tapsfaktor (Df). I høyfrekvente scenarier over 100MHz avtar signalenergien raskt, noe som gjør den ikke i stand til å oppfylle overføringskravene til RF-signaler.
RF-kretskort må bruke spesialisert lavtaphøy frekvensunderlag. For øyeblikket er de vanlige styrene i bransjen delt inn i tre kategorier:
(1) Polytetrafluoretylen (PTFE)-substrat: Representative modeller inkluderer Rogers RT/duroid 5880 og Taicony TLY-serien, med ekstremt sterk dielektrisk konstant stabilitet og lavt dielektrisk tap, spesielt utviklet for ultra-millimeterbølgescenarier over 2GHz;
(2) Karbonhydrogenharpiks keramisk fyllingssubstrat: Representative modeller inkluderer Rogers RO4350B og Isola I-Tera MT40, som oppnår en utmerket balanse mellom ytelse, bearbeidbarhet og kostnad. Det er for tiden det mest brukte mainstream RF-kortet innen 5G-basestasjoner og bilelektronikk;
(3) Modifisert høy-fr4-substrat: Den representative modellen er Isola FR408HR, som i stor grad optimerer Dk/Df-parametrene sammenlignet med vanlig FR-4. Kostnaden er kontrollerbar og egnet for kostnadssensitive ikke-kjerne RF-scenarier fra 2,4 GHz til 6 GHz.
2. Kravene til design og prosessnøyaktighet varierer sterkt
Kjernedesignet til et konvensjonelt kretskort er å fullføre elektriske tilkoblinger, så lenge ledningene er sikret å være av og på og oppfyller den grunnleggende strømbærekapasiteten. Det er ingen obligatoriske krav til impedanskontroll, og toleransen for ledningsbreddetoleranse og innrettingsnøyaktigheten mellom lag er høy.
Kjernen i RF-kretskortdesign er signalintegritetssikring, som krever streng kontroll av den karakteristiske impedansen til overføringslinjen gjennom hele prosessen. Industristandarden er 50 Ω eller 75 Ω, og kravet til impedansavvik kontrolleres innenfor ± 2 % til ± 3 %. Ved utforming er det nødvendig å følge prinsippet om "korteste vei for ledninger", opprettholde integriteten til referansejordplanet gjennom hele prosessen, og oppnå skjerming og isolasjon gjennom en tett jording via array for å unngå signalstrålingslekkasje og krysstale mellom tilstøtende ledninger. Kontrollkravene for kobberfolieruhet, toleranse for dielektrisk lagtykkelse og parasittiske parametere gjennom-hull under produksjonsprosessen er ekstremt strenge, og prosesskapasiteten til vanlige PCB-fabrikker kan ikke dekke produksjonsstandardene til slike høye-endeplater.
Typiske produkteksempler
Representative produkter av konvensjonelle kretskort
8-lags industrikontrollkort fr4 høy-høydekort: bruker høy TG fr4-substrat, som støtter 4Oz tykke kobberledninger, kan bære høye strømbelastninger i industrielle kontrollscenarier, mye brukt i vanlige industrielle robotkontrollere og smarthjemkontrollkort, med kontrollerbare kostnader og sterk stabilitet i masseproduksjon.
|
|
14-lags M6-materialekretskort: Det tilhører høy-fr4 flerlagskort med høy ytelse, som også har en viss høyhastighetssignaloverføringsevne. Det brukes ofte i hovedkontrollkretsen til hovedkort for forbrukerelektronikkservere og vanlige sikkerhetskameraer, og er hovedutvalget i det gjeldende digitale kretsfeltet.
|
|
4-lags ordinært kontrollkort for husholdningsapparater: bruker lav-pris FR-4-substrat, enkel prosess, ekstremt lave masseproduksjonskostnader, egnet for de grunnleggende kontrollbehovene til hvitevarer og små forbrukerelektronikk.
RF kretskort representativt produkt
Uniwell Circuits 16 lags RO4350B+RO4450F blindhullsplate: bruker Rogers høy-blandet spenningsteknologi, restpelen kontrolleres innen 50,8 μm, impedansnøyaktigheten kan nå ± 2 %, spesialdesignet for 5G Sub-6GHz tap av RF-styrker på 3m, kan basestasjon med høy effekt på 3m. Mindre enn eller lik 0,4dB/100mm;
|
|
77GHz Automotive Millimeter Wave Radar PTFE RF-kort: Laget av PTFE-substrat, med mikrostrip linjeruhet Ra Mindre enn eller lik 0,08 μm, impedansavvik Mindre enn eller lik ± 2 %, total størrelse kontrollert innenfor 50 mm × 50 mm for å oppfylle kravene til kjøretøyets antivibrasjoner.
|
|
Satellittkommunikasjon PI-basert RF-kort: ved å bruke polyimid høyfrekvent substrat, dekker arbeidstemperaturområdet -60 grader ~125 grader, MTBF (gjennomsnittlig tid mellom feil) Større enn eller lik 100 000 timer, og kan stabilt overføre 15GHz RF-signaler i ekstreme rommiljøer.
Bruksområder
Konvensjonelle kretskort, med modne prosesser og ekstremt høy kostnads-effektivitet, dekker det store flertallet av lavfrekvente-generelle-scenarioer uten RF:
Innen forbrukerelektronikk: vanlig kontrollkort for husholdningsapparater, digital kretsdel av smarte bærbare enheter, ikke RF-kontrollkort for smarthjem
Industrielt kontrollfelt: vanlige PLS-kontrollere, kraftstasjonskort for industriroboter, industrielle sensorsignalbehandlingskort med ikke høy presisjon
Forbrukersikkerhetsfelt: hovedkontrollkort for vanlige kameraer, ikke RF-kontrollkrets for adgangskontrollsystemer
RF-kretskort er viktige produkter i høyfrekvente scenarier, med kjerneapplikasjoner konsentrert i områder som krever ekstremt høy signaloverføringskvalitet:
Trådløst kommunikasjonsfelt: 5G/6G basestasjon RF-enhet, WiFi 7 ruter RF-modul, satellittkommunikasjons-transceiverutstyr
Elektronikkfelt for biler: 77GHz millimeterbølgeradar, kjøretøymontert T-BOX RF-krets, Bluetooth/5G-kommunikasjonsmodul for biler
Luftfarts- og forsvarsfelt: luftbåren radar RF-kort, missilkommunikasjonsmodul, satellittnavigasjonssignalmottakskort
Medisinsk utstyrsfelt: signaloverføringskrets for magnetisk resonans RF spolekort og høy-behandlingsutstyr
Praktiske forslag til bransjevalg
Ikke følg blindt etter "høyytelseskort": Hvis prosjektets driftsfrekvens er under 100MHz og det ikke er strenge krav til impedanskontroll, kan bruk av et vanlig fr4-kretskort oppfylle dine behov fullt ut. Kraftig valg av PTFE høyfrekvenskort vil bare øke kostnadene med 3-5 ganger og har ingen praktisk verdi;
Ikke bruk vanlig fr4 for å "gjøre opp tallene" i RF-scenarier: Mange ingeniører prøver å bruke vanlige fr4 i stedet for høy-høyfrekvenskort i RF-prosjekter over 2GHz for å redusere kostnadene. Dette fører imidlertid til slutt til problemer som for stort signaltap, utilstrekkelig kommunikasjonsavstand og harmonisk interferens, noe som kan øke de totale prosjektfeilsøkingskostnadene betydelig og til og med mislykkes med sertifiseringstesting.
fr4 kretskort, høy frekvens