Materiały PCB o wysokiej częstotliwości: jak wybrać najlepsze do zastosowań 5G, RF i mikrofalowych

W dziedzinie elektroniki wysokiej częstotliwości, w której sygnały przesyłane są z częstotliwością 1 GHz i powyżej, wybór materiału nie jest tylko szczegółem, lecz podstawą wydajności.lub nadajniki satelitarneJeśli nie wybierzesz odpowiedniego materiału PCB, możesz mieć problem z nadmierną utratą sygnału, awariami termicznymi lub niekonsekwentną wydajnością.W niniejszym przewodniku podzielone są kluczowe czynniki w wyborze materiału PCB o wysokiej częstotliwości, z porównaniami, które ułatwią podejmowanie decyzji.

Kluczowe właściwości, które określają materiały PCB o wysokiej częstotliwości
Sygnały o wysokiej częstotliwości (1 GHz+) zachowują się inaczej niż sygnały o niskiej prędkości: są bardziej wrażliwe na opór, ciepło, a nawet na niewielkie zmiany podłoża PCB.skupić się na tych nieruchomościach:

Stała dielektryczna (Dk): mierzy, jak dobrze materiał przechowuje energię elektryczną.2) powodują niezgodności impedancji i odbicia sygnału.
Tangent utraty (Df): wskazuje energię utraconą w formie ciepła.
Przewodnictwo cieplne: obwody o wysokiej częstotliwości wytwarzają ciepło; materiały o dobrym przenoszeniu ciepła (≥ 0,5 W/m·K) zapobiegają przegrzaniu.
Odporność na wilgoć: woda zwiększa Dk i Df. Materiały o niskiej absorpcji wody (< 0,1%) lepiej działają w wilgotnych warunkach.

Najlepsze materiały do produkcji PCB o wysokiej częstotliwości
Nie wszystkie podłoża są równe.

Jak wybrać odpowiedni materiał do projektu
Aby dopasować materiał do zastosowania, należy zastosować następujące zasady:

1Zacznijmy od wymogów częstotliwości.
a.<2 GHz: Standardowy FR-4 działa w przypadku konstrukcji wrażliwych na koszty (np. routerów dla konsumentów).
b.2?? 6 GHz (5G sub-6): RO4350B Rogers zrównoważa wydajność i koszty.
c.24+ GHz (mmWave/radar): PTFE lub Isola I-Tera MT minimalizują straty na ultrawyższych częstotliwościach.

2Czynniki warunków środowiskowych
a.Środowiska zewnętrzne/przemocne: priorytetowo traktować niski poziom wchłaniania wody (np. Rogers RO4350B, PTFE) w celu uniknięcia zmian Dk deszczu/wilgotności.
b.W przypadku wysokich temperatur (np. w przedziale silnika samochodowego): Wybierz materiały o temperaturze Tg (temperatura przejściowa szkła) > 150 °C (np. Isola I-Tera MT).

3. Wydajność bilansu i koszty
PTFE oferuje najniższą stratę, ale kosztuje 3×5 razy więcej niż FR-4.Nelco N4000-13E obniża koszty jednostkowe przy zachowaniu niezawodności.

4. Zapewnienie zgodności produkcji
Niektóre materiały o wysokiej częstotliwości (np. PTFE) wymagają specjalistycznej produkcji:

a.wiercenie laserowe w celu uzyskania ograniczonych tolerancji.
b. Kontrolowane laminowanie w celu uniknięcia wypaczenia.
c. Kompatybilność z cienką miedzią (1/2 uncji) w przypadku drobnych śladów.

Współpraca z producentami doświadczonymi w wybranym przez siebie materiale. Zapytaj o specyfikacje procesu.

Powszechne błędy, których należy unikać
a.Przeoczenie nad stabilnością Dk: materiał o dobrym Dk, ale dużym zmiennym (np. ±0,5) spowoduje problemy z impedancją.
b.Przeciwdziałanie zarządzaniu cieplnym: materiały o wysokim Df (np. standardowy FR-4 przy częstotliwości 6 GHz) wytwarzają nadmiar ciepła; połączyć je z pochłaniaczami ciepła lub przejść na alternatywy o niskim Df.
c.Wybór oparty wyłącznie na kosztach: 10% oszczędności w materiałach może prowadzić do 50% wyższego wskaźnika niepowodzeń w badaniach terenowych

Wniosek
Wybór materiału PCB o wysokiej częstotliwości sprowadza się do dopasowania potrzeb wydajnościowych do praktycznych ograniczeń.Użyj tabeli porównawczej do ważenia opcji, i współpracować z producentami na wczesnym etapie w celu zapewnienia zgodności.

Odpowiedni materiał nie tylko zapobiega utracie sygnału, ale także wykorzystuje cały potencjał konstrukcji wysokiej częstotliwości.