Dielektrická konstanta je klíčovým indikátoremvysoká - frekvenceDesky PCB, které mají zásadní dopad na výkon přenosu signálu.
Základní koncepce dielektrické konstanty
Dielektrická konstanta, také známá jako permitivita, je klíčovým fyzickým množstvím, které měří schopnost dielektrických materiálů ukládat elektrickou energii pod působením elektrického pole. Ve vysoko - frekvenční desky obvodových desek odráží dielektrická konstanta charakteristiky odezvy materiálu na elektrická pole. Když je na desce PCB aplikováno elektrické pole, polarizace dielektriku generuje indukované náboje. Čím vyšší je dielektrická konstanta, tím více energie materiál ukládá a pomalejší je rychlost šíření elektrického pole v něm. Z mikroskopického hlediska jsou atomy nebo molekuly v dielektrikách ovlivněny elektrickým polem, což způsobuje změny v distribuci nábojů a vytváří elektrické dipóly, které mají tendenci sladit se směrem elektrického pole, čímž ovlivňují elektrické pole. Různé materiály mají různé polarizační schopnosti v důsledku rozdílů v atomové struktuře a molekulárním složení, což má za následek měnící se dielektrické konstanty. Například dielektrická konstanta vzduchu je téměř 1, zatímco dielektrická konstanta vysokých - frekvenčních desek PCB je obvykle mezi 2-10.
Faktory ovlivňující dielektrickou konstantu s vysokou - frekvenční desky PCB
Chemické složení plechu
Pryskyřiční systém má významný dopad na dielektrickou konstantu. Dielektrická konstanta polytetrafluorethylenové pryskyřice je asi 2,2, což je vhodné pro scénáře, které vyžadují vysokou rychlost přenosu signálu; Dielektrická konstanta termosetové polyfenylenerové pryskyřice je mezi 3,0 - 3,8; Systém uhlovodíkových pryskyřic se pohybuje od 2,5 do 3,5; Běžná epoxidová pryskyřice není vhodná pro frekvenci a vysokorychlostní aplikace s vysokou - díky svým polárním skupinám a dielektrické konstantě 4-5. Kromě toho může přidání nízké dielektrické konstantní plnivy, jako je keramika, změnit interní distribuci elektrického pole desky a snížit ekvivalentní dielektrickou konstantu. Skleněná tkanina z vlákna, jako zesílený materiál, má dielektrickou konstantu 6-7. Nerovnoměrný obsah a distribuce tkaniny skleněných vláken může způsobit regionální rozdíly v dielektrické konstantě desky, což ovlivňuje přenos signálu.
Environmentální faktory
Zvýšení teploty zintenzivní tepelný pohyb molekul materiálu, změní intermolekulární interakce a zvýší dielektrickou konstantu. Stejně jako u konvenčních listů FR-4 se dielektrická konstanta může lišit až o 20% mezi 0-70 stupni, což ovlivňuje zpoždění signálu. Vlhkost je stejně kritická, s vodou dielektrickou konstantou až 70. Po absorpci vody se změní distribuce elektrického pole a dielektrická konstanta se zvyšuje. Ve vlhkém prostředí je kvalita přenosu signálu snadno ovlivněna.
frekvence
Pod vysoko - frekvenční elektrická pole nemůže polarizace dielektriku držet krok se změnami v elektrickém poli, stupeň polarizace oslabuje a dielektrická konstanta se snižuje. Brát obyčejnéFR-4Příklad na desce je dielektrická konstanta asi 4,7 při 1 megahertzu, klesající na 4,19 při 1 gigahertzu a změna zpomaluje nad 1 gigahertz. Vysoká frekvence a vysoká - Rychlostní desky PCB musí udržovat stabilní dielektrickou konstantu v širokém frekvenčním rozsahu, aby bylo zajištěno výkon přenosu signálu.
Vliv dielektrické konstanty na vysokofrekvenční přenos signálu PCB
Rychlost přenosu signálu
Podle elektromagnetické teorie je rychlost přenosu signálů v listu nepřímo úměrná druhé odmocnině dielektrické konstanty. Nízká dielektrická konstantní destička mohou významně zlepšit rychlost přenosu signálu, snížit latenci a splnit potřeby scénářů, jako je 5G komunikace a vysoká přenos dat rychlosti. Pokud RF obvod 5G základních stanic používá nízké dielektrické konstantní polytetrafluorethylenové listy, může účinně zlepšit účinnost přenosu signálu.
charakteristická impedance
Charakteristická impedance je důležitým parametrem ve vysokofrekvenčním návrhu frekvence PCB s vysokou - a jeho výpočet souvisí s dielektrickou konstantou. Odchylka v dielektrické konstantě může způsobit, že se charakteristická impedance odchyluje od návrhové hodnoty, což vede k odrazu a útlumu signálu. V obvodech RF může neshoda impedance generovat stálé vlny a snížit výkon obvodu, takže přesná kontrola dielektrické konstanty je zásadní.
Útlum signálu
Materiály s vysokou dielektrickou konstantou mají vysoký stupeň polarizace, silné intermolekulární interakce a jsou náchylné absorbovat energii signálu a převést ji na tepelnou energii, což má za následek útlum signálu. V dlouhém - vzdálenost vysoká - přenos rychlostního signálu, jako je vysoká - rychlostní zadní desky a propojovací linky datového centra, výběr nízkých dielektrických konstantních a nízkopalovacích desek může účinně snížit zvýšení signálu a zajistit kvalitu přenosu.
Metoda měření pro dielektrickou konstantu vysoké - Frekvenční deska PCB
Metoda přenosové linky
Obvykle se používá metoda přenosové linky, včetně metody mikropásmové linky a metody linky proužku. Metoda mikropásmové linky používá desku jako dielektrický substrát, měří parametry přenosu prostřednictvím síťového analyzátoru a nepřímo doporučuje elektrické konstanty. Jedná se o průmyslovou standardní metodu, která se řídí příslušnými specifikacemi příručky pro metody testování mezinárodního elektronického průmyslu. Pravidlo linie proužku využívá rezonátor linie proužku k měření rezonanční frekvence a faktoru kvality a kombinuje teoretické nebo simulační výpočty pro výpočet komplexní dielektrické konstanty. Je vhodný pro měření neznámých dielektrických konstantních materiálů
Metoda rezonance
Metoda rezonance zahrnuje umístění vzorku vyrobeného z plechu do rezonanční dutiny a výpočet dielektrické konstanty na základě změn rezonanční frekvence a faktoru kvality dutiny před a po zavedení. Tato metoda má vysokou přesnost, ale vyžaduje přísné vybavení a přípravu vzorků a často se používá pro přesná laboratorní měření.
Požadavky na dielektrickou konstantu s vysokou - frekvenční desky PCB v různých aplikačních scénářích
Pole komunikace 5G
Moduly často používají uhlovodíkové pryskyřice nebo polytetrafluorethylenové desky s dielektrickou konstantou 2,5-3,5
Signály 5G mají vysokou frekvenci a rychlost přenosu, což vyžaduje nízkou dielektrickou konstantu a dobrou frekvenční stabilitu desky, jakož i dobrou odolnost proti životnímu prostředí. RF Front - End
Pole pro automobilovou elektroniku
Systémy sítí automobilového radaru a vozidel vyžadují přenos signálu přesného signálu. V aplikacích radarových vln v milimetru jsou vybrány listy materiálu naplněné keramicky s dielektrickou konstantou 3-4 a silnou stabilitou jsou vybrány pro zajištění přesného přenosu signálu ve složitých prostředích.
Aerospace Field
Letecká elektronická zařízení čelí extrémním prostředím, která vyžadují stabilní dielektrickou konstantu desky v širokém teplotním rozsahu, přičemž splňují požadavky lehké a radiační odolnosti. Polyimidové substráty se široce používají kvůli jejich odolnosti proti vysoké teplotě a stabilní dielektrické konstantě. Dielektrická konstanta vysoké - Frekvenční deska PCB hluboce ovlivňuje výkon přenosu signálu, prochází různými aspekty ze základních konceptů a ovlivňuje faktory k metodám měření a aplikací. S vývojem 5G, automobilové elektroniky, letectví a dalších oblastí se výzkum a vývoj desek PCB s nízkou dielektrickou konstantou a vysokou stabilitou stal trendem, který povede elektronickou technologii do nových výšin.