Mikroto'lqinli pech qismlarini etkazib berishda e'tibor berish kerak bo'lgan narsalar

Mikroto'lqinli qismlar uchun materiallarni tanlash: Dk, Df va substrat variantlari

Mikroto'lqinli PCB materiallarini tanlashda dielektrik doimiy (Dk) nima uchun muhim

Dielektrik doimiy, yoki muhandislar ataydigan Dk, elektromagnit to'lqinlarning turli materiallar orqali qanday harakatlanishini aniqlaydi, bu mikroto'lqinli tizimlarni ishlab chiqishda juda muhim. Agar ±0.05 oralig'ida barqaror Dk qiymatlari haqida gap ketayotgan bo'lsa, bu 10 GHz dan yuqori chastotalarda yuqori chastotali signallarni toza va aniq saqlashga yordam beradi. Masalan, keramik bilan to'ldirilgan PTFE kompozitlarni olsak, ushbu materiallarning Dk qiymati -50 gradusdan 150 gradusgacha bo'lgan keskin harorat o'zgarishlarida ham taxminan 2.94 va 3.2 oralig'ida qoladi. Bunday barqarorlik ularni signallarning butunligi ayniqsa muhim bo'lgan yangi 5G millimetr to'lqinli tizimlarida impedansni boshqarish uchun ajoyib tanlov qiladi.

Ushbu o'zgarishlar yuqori chastotali qo'llanmalarda standart FR-4 materialidan foydalanilmasligiga sabab bo'ladi, chunki uning Dk qiymati chastota oshishi bilan sezilarli darajada pasayadi va bu esa impedans siljishiga hamda signallarning sifatining pasayishiga olib keladi.

Signallar butunligi uchun past so'rish omili (Df) va yo'qotish burchagi

Past qilinadigan omil (Df) past bo'lgan materiallar dielektrik yo'qotish orqali ko'p energiya sarflanmasligi sababli signallar sifatini saqlashga yordam beradi. 28 GHz atrofidagi chastotalarda ishlayotganda, oddiy FR-4 plastinkalar o'rniga Df qiymati 0,004 dan kam bo'lgan substratlarni foydalanish ulanish yo'qotishini taxminan 22% ga kamaytiradi. Gidrokarbonlarda tayyorlangan ayrim ilg'or keramik materiallarning Df darajasi haqiqatan ham 0,0015 gacha yetib boradi, bu esa signallar kuchi muhim bo'lgan radiolokatsion qo'llanmalar uchun ularni ideal qiladi. Bu tizimlarga 77 GHz chastotada dyuymiga 0,1 dB dan kam bo'lgan yo'qotish kerak. Yuqori chastotali bosma platlarning loyihalash tavsiyalariga e'tibor bersak, Dk hamda Df ni qattiq nazorat qilish sun'iy yo'ldosh aloqa tizimlarida quvvat kuchaytirgich samaradorligini taxminan 18% ga oshirishi mumkin. Bunday samaradorlik oshishining o'zi mazkur talabchan dasturlarda vaqt o'tishi bilan sezilarli farq qiladi.

Mikroto'lqinli qo'llanmalarda PTFE, Rogers va Keramikaga asoslangan substratlarni solishtirish

• PTFE : Juda kam yo'qotishlarni (Df = 0,002) taklif qiladi, ammo mexanik barqarorligi zaif (CTE = 70 ppm / ° C), yig'ishni murakkablashtiradi.
• Keramika bilan to'ldirilgan laminalar : yuqori quvvatli RF dizaynlari uchun ideal bo'lgan PTFE uchun 3 W/mK gacha bo'lgan yuqori issiqlik o'tkazuvchanligini ta'minlaydi.
• Uglevodorodlarga asoslangan materiallar : Dk = 3,5±0,05 va namlikni sug'orish darajasi 0,02 foizdan kam bo'lgan muvozanatli elektr va mexanik xususiyatlarni ta'minlaydi.

Rogers 4003-seriyali laminatlar laminatsiya paytida oʻziga xos oʻlchov barqarorligi (<0,3%) tufayli avtomobil radarida (7681 GHz) keng qoʻllaniladi. Bu esa xavfsizlik uchun muhim boʻlgan tizimlarda uzoq muddatli ishonchlilikni taʼminlaydi.

Hibrid PCB stack-uplari: RF va standart materiallarni birlashtirish (masalan, Rogers + FR4)

Hibrid stack-uplar yuqori ishlashli RF materiallarini arzon raqamli qatlamlar bilan birlashtiradi, bu esa signal sifatiga putur etmasdan umumiy xarajatlarni 30-40% ga kamaytiradi. Oddiy konfiguratsiya quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

1. RF qatlamlari : 24 ta qatlamli Rogers RO4350B (Dk=3.48) antennalarni uzatish va yuqori tezlikdagi interkonektsiyalar uchun
2. Raqamli qavatlar : Boshqaruv tizimi va quvvatni boshqarish uchun FR-4
3. O'tish zonasi : Qaytish yo'nalishlarini boshqarish uchun dafn qilingan sig'imi o'z ichiga olgan prepreglardan foydalanilgan nazorat ostida impedans o'tkazilishi

Ushbu usul kosmik tizimlarda 94 GHz to'lqin qo'zg'atuvchi interfeyslarini qo'llab-quvvatlaydi va IPC-6018 Class 3 ishonchlilik standartlariga javob beradi.

Yuqori chastotali mikroto'lqinli qismlarning issiqlik va elektr ta'minoti

Yuqori chastotali ishlash rejimida mikroto'lqinli materiallarning issiqlik xususiyatlari

Yuqori chastotalarda ishlash ko'p issiqlik hosil qiladi, bu esa biz signallarning sifatini pasayishini oldini olish va issiqlik kengayishini boshqarish uchun 0.5 W/m·K dan yaxshiroq issiqlik o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan materiallarga ega bo'lishimiz kerakligini anglatadi. Keramik substratalar ayniqsa yaxshi, ular taxminan 24 W/m·K gacha erisha oladi, shu sababli ham haroratni boshqarish juda muhim bo'lgan quvvatli 5G bazaviy stansiyalarida va sun'iy yo'ldosh aloqa uskunalari uchun yaxshi ishlaydi. O'ttirgi yil nashr etilgan tadqiqot mikroto'lqinlar issiqlikni qanday hosil qilishini o'rgangan bo'lib, ularning topgan narsasi biroz ochiq edi: taxminan 10 GHz dan yuqoriroq chastotalarda energiyaning asosiy qismi dielektrik ta'sirlar orqali issiqlik sifatida yo'qoladi. Bu komponentlar juda isib ketmasligi va erta ishdan chiqib qolmasligi uchun substrat materiallarining so'nish burchagi juda past, ideal holatda 0.002 dan kam bo'lishi kerakligini tushuntiradi.

Barqaror signal ishlash uchun yuqori chastotali dizaynda nazorat qilinadigan to'qnashuv

28 GHz va undan yuqoriroq chastotalarda signallarni aks ettirish orqali sifatning pasayishini oldini olish uchun aniq impedansni saqlash (±5% noaniqlik) muhim ahamiyatga ega. Buni amalga oshirish talab qiladi:

• Harorat bo'ylab barqaror Dk ga ega bo'lgan Rogers 4350B kabi materiallarni tanlash
• Yaxlit iz kengligi (0.1 mm gacha) uchun etch kompensatsiya algoritmlarini qo'llash
• Laminat qalinligi boshqaruvi (<3% o'zgarish) ta'minlanishi

Ushbu amaliyotlar ishlab chiqarish jarayonida minimal impedans chetlanishini ta'minlaydi va millimetr to'lqinli tizimlarda mustahkam signallarni uzatishni qo'llab-quvvatlaydi.

Dielektrik doimiyliklar va amaliyotdagi signallarning ishlashi

Dk fazaviy barqarorlik, tarqalish kechikishi va kirish yo'qotishiga bevosita ta'sir qiladi. Quyidagi solishtirma asosiy savdo chegaralarini ko'rsatadi:

Aerospace sohasida, 2023-yilgi Pike Research ma'lumotlariga ko'ra, keramik to'ldirilgan substratlar standart FR4 bilan solishtirganda issiqlik koeffitsientidagi farq tufayli qatlamlarning ajralishini 73% ga kamaytiradi.

Aniq mikroto'lqinli qismlar uchun ilg'or ishlab chiqarish usullari

Yuqori zichlikdagi mikroto'lqinli pechat platasi uchun aniq o'chirish va teshish usullari

15 mikrometrdan kam bo'lgan xususiyatlarni aniqlash uchun juda murakkab ishlab chiqarish usullari talab qilinadi. Hozirgi mavjud bo'lgan LDI tizimlari 25 mikrometrdan kamroq aniqlikda moslashtirish imkonini beradi, bu esa 5G platlarimiz va millimetr to'lqinli qo'llanmalar uchun barcha nozik iz naqshlarini yaratish imkonini beradi. Via-larni yaratishda kompaniyalar eskirgan mexanik teshish o'rniga ayniqsa aniq UV lazer sozlamalariga o'tyaptilar. Natija? Dielektrik materialga zarar yetkazish taxminan 40% kamayadi, ya'ni signallarning aks etishi kamayadi va umumiy kirish yo'qotishi pasayadi. Biz ko'rgan barcha yutuqlar asosan sanoat bo'ylab mikro ishlash texnologiyasida doimiy yangilanish natijasidir.

Ko'p qavatli mikroto'lqinli PCB lar uchun laminatsiya usullari

Ko'p qavatli mikroto'lqinli pechat platasi ishlab chiqarishda, ishlov berish jarayonida paydo bo'ladigan issiqlik ta'sirini nazorat qilish uchun maxsus laminatsiya usullaridan foydalanish kerak. Eng yaxshi natijalarni olish uchun, ko'plab korxonalar ketma-ket bog'lanish bosqichlari bilan birga taxminan 5 psi yoki undan kam bo'lgan past bosimli laminatsiyani tanlaydi. Bu dielektrik materialni plata bo'ylab tekis tarqatishga yordam beradi, ayniqsa turli xil materiallar aralashtirilgan giprid to'plamlar bilan ishlaganda bu juda muhim. Sanoat tashkilotlari 1% dan kam bo'shliqlarga ega bo'lgan prepreglar bilan mis-inevr-mis asoslar juftligi yaxshi ishlashini aniqlagan. Bu kombinatsiyalar issiqlik kengaytirish koeffitsientining farqini milliondan 2 qismgacha kamaytiradi. Bunday qat'iy nazorat kuniga kun qattiq sharoitlarga duchor bo'ladigan yuqori samarali kosmik texnikadagi signallar butunligini saqlashda katta farq hosil qiladi.

Ildiamali ishlab chiqarish texnologiyalari qanday qilib chiqarilish hajmini va barqarorlikni oshiradi

Sun'iy intellekt bilan quvvatlanuvchi avtomatlashtirilgan optik tekshiruv tizimlaridan foydalanish orqali ishlab chiqaruvchilar qoldiq miqdorini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin, ba'zida chiqindilarni taxminan 30% atrofiga qisqartirishi hamda etkazib berishi mumkin. Tushirish va plyanka qoplash kabi jarayonlarda haqiqiy vaqt rejimida nazorat qilish turli ishlab chiqarish partiyalari o'rtasidagi impedans darajasini odatda taxminan plus yoki minus 2% ichida barqaror saqlashga yordam beradi. Eng so'nggi qo'shimcha ishlab chiqarish usullari ham narsalarni o'zgartirmoqda. Endi RF ekranlash tuzilmalarini qo'lda yig'ishga tayanmasdan, balki substrat materiallarga to'g'ridan-to'g'ri bosib chiqish mumkin. Bu yondashuv noxush odam xatolarini bartaraf etish bilan birga 40 gigagerts chastotalarga yetganida asosiy potentsialni taxminan 18 desibeldacha oshirish orqali ancha yaxshilaydi. Barcha ushbu texnologik yutuqlar katta miqdordagi mikroto'lqin komponentlarini hajmli ishlab chiqarishda oldin massaviy ravishda erishish qiyin bo'lgan qattiq ishlash talablari bajarilish ehtimolini oshiradi.

Ishonchli mikroto'lqinli qismlar ishlashini ta'minlash uchun sxema dizayni va simulatsiyasi

Yuqori chastotalarda asosiy sxema dizayni hisobga olinadigan jihatlari

1 dan 300 GHz gacha bo'lgan mikroto'lqin chastotalari bilan ishlashda noqulay parazitar ta'sirlarni minimal darajada saqlash uchun to'g'ri uzatish liniyasi geometriyasini tanlash juda muhim ahamiyatga ega. Barcha narsa to'g'ri ishlashi uchun impedans taxminan 50 om atrofida saqlanishi kerak. 24 GHz chastotada ishlayotgan paytda hatto kichik chetlanishlar, ehtimol faqat 5%, 0,5 dB kirish yo'qotishiga olib kelishi mumkin. O'ttiz yil oldin IEEE Microwave Theory and Techniques Society tomonidan e'lon qilingan tadqiqot shuni ko'rsatdiki, notekis yerlashtirilgan platlar simmetrik yerlangan platlarga qaraganda atrofida 18% ortiq signalni aks ettiradi. Kuchaytirgichlar va filtrlar kabi nozik qismlarni boshqa joylardan, xususan raqamli komponentlarning yaqin atrofdagi ta'siri tufayli vujudga keladigan raqamli aralashuvdan uzoqroq joylashtirish orqali RF-birinchi yondashuv deb ataladigan usulni qo'llaydigan muhandislar noxohi shovqinni nozik mikroto'lqin signallarini buzishidan himoya qilishga yordam beradi.

Ishlab chiqarishdan oldin mikroto'lqinli elektr sxemalarini modellashtirish va sinovdan o'tkazish

ANSYS HFSS va Keysight ADS kabi vositalar endi bu murakkab S-parametrlarni 110 GHz chastotalarigacha 2 foizdan kam xato bilan bashorat qilishga muvaffaq bo'ldi. 5G texnologiyasi uchun filtrlarni ishlab chiqishda elektromagnit maydonini hal qiluvchi tizimlar prototiplarni qurish uchun qancha vaqt kerakligini kamaytirdi. 2023 yil oxiriga kelib ishlab chiqarilgan ba'zi bir sanoat hisobotlarida qattiq holatdagi kuchaytirgichlar uchun ushbu tsikllarning 40% ga kamayishi ko'rsatilgan. Issiqlik tuzilishi tahlilini ham unutmaylik. Faqatgina harorat o'zgarishi tizimimizga zarar yetkazishi mumkin. Biz faqat 15 daraja issiqlik o'zgarishi rezonansiya chastotalarining 0,3% o'zgarishiga olib keladigan holatlarni ko'rdik. Agar bunday holat tekshirilmasa, tizimning to'g'ri kalibrlanishiga salbiy ta'sir qiladi.

Yakuniy yig'ilishdagi impedansiya sinovlari va sifat nazorati

Yakuniy tekshiruv mikroto'lqinli uzatish liniyalarining barchasida <1% impedansga ega bo'lishini ta'minlaydigan Vaqt sohasidagi akslanish (TDR) sinoviga bog'liq. IPC-6012E (2023-yilgi yangilanish) bo'yicha mos kelish talablari:

• 40 GHz gacha bo'lgan farqli juftliklarda ±3% fazaviy chetlanish
• <0.25 dB kirish yo'qotishi o'zgarishi ishlab chiqarilayotgan birlamchi mahsulotlar orasida

Zamonaviy AOI tizimlari metall qoplamali teshiklardagi mikropufag'lar hamda boshqa mikroto'lqinli maxsus nuqsonlarning 99,98% ini aniqlaydi va shu tariqa faqat to'liq mos keladigan birliklarni foydalanishga yetkazishini ta'minlaydi.

Mikroto'lqinli qismlarning ishonchliligi bo'yicha sinov va atrof-muhit tasdiqlash

Issiqlik sikllanishi va namlik kuchlanishi ostida ishonchlilik sinovi

Mikroto'lqinli komponentlarga kelsak, ularni foydalanishdan oldin juda qattiq sinovlardan o'tkazish kerak. Materiallarning kuchlanish ostida chidamliligini tekshirish uchun minus 40 gradus Selsiydan plus 125 gradusgacha bo'lgan harorat almashinuvi minglab marta takrorlanadi. So'ngra nami 85% bo'lgan 85 graduslik haroratda yuzlab, hatto ming soat davomida saqlash orqali namlikka chidamlilik sinovi o'tkaziladi. Bu esa PTFE va keramik giprid asoslar kabi ishlatish qiyin bo'lgan materiallarda qatlamlarning ajralib chiqish kabi muammolarni aniqlashga yordam beradi. O'ttasi yili e'lon qilingan so'nggi tadqiqot turli xil materiallarning ishonchliligi haqida qiziqarli ma'lumotlarni taqdim etdi. Yuqori chastotali laminatlar 700 ta issiqlik ta'siriga duchor bo'lgach, o'zlarining dielektrik doimiyida atigi 3% o'zgarish ko'rsatadi, bu esa IEC 61189-3 standartlarida talab etilgan me'yorida ham yaxshiroq natija hisoblanadi. Komponentlarning oddiy ishlashi jarayonida barcha shiddatli sharoitlarni hisobga olgan holda, bu juda ajoyib natija.

Qattiq muhitda Uzoq Muddatli Signal Butunligini Kuzatish

Komponentlar korroziya yoki mexanik kuchlanish muammolari mavjud bo'lgan sharoitlarda ishlash talab etilganda, ular MIL-STD-202 Usul 107 sinov protokolini chidashi kerak. Rogers RO4000 seriyasidagi materiallar ham ajoyib barqarorlik ko'rsatadi va 95% namlik darajasida 5000 soat turib, dielektrik doimiylik o'zgarishini taxminan 1,5% ichida saqlaydi. Bu substratlarni fazaviy massivli radiolokatsion tizimlar va sun'iy yo'ldosh aloqasi kabi ishonchlilik eng muhim bo'lgan sohalarda qo'llash uchun maxsus darajada mos qiladi. Muhandislar o'rnatilgan atrof-muhit standartlariga nisbatan ishlashni doim tekshirish orqali 40 GHz chastotaga yetganda signal yo'qotishni 0,15 dB/dyujimdan pastroq saqlashlari mumkin. Bunday natijalar bajarilishi imkonsiz bo'lgan haqiqiy vazifalarga oid dasturlar uchun zarur bo'lgan qattiq IPC-6018 Class 3A talablarga javob beradi.