شرح الصفائح عالية التردد: التطورات الرئيسية في لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية أو الميكروويف

الكلمات المفتاحية: لوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة

هذا هو السبب وراء اضطرارنا للاستثمار في لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة على مدى السنوات العديدة الماضية، حتى نتمكن من توسيع قدراتنا التصنيعية ونصبح منتجًا عالميًا للصفائح عالية التردد. تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة على عناصر تنقل إشارات الترددات الراديوية أو الموجات الدقيقة.

بشكل عام، تتطلب هذه التطبيقات صفائح ذات خصائص كهربائية وحرارية وميكانيكية أو أداءات أخرى تتجاوز ميزات FR-4 القياسية البسيطة. نظرًا لخبرتنا الواسعة في تصنيع الصفائح الدقيقة القائمة على مادة PTFE، فإننا نعلم أن معظم التطبيقات تتطلب موثوقية عالية بالإضافة إلى تسامح منخفض.

تعد لوحة الدوائر المطبوعة الهجينة فئة خاصة من لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة التي تستخدم كلًا من FR-4 و PTFE أو أي مادة أخرى داخل التركيب الطبقي.

مخزون مواد لوحة الدوائر المطبوعة

مع كل الميزات المختلفة لكل تطبيق للوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية، قمنا بتشكيل علاقات استراتيجية مع موردي المواد الرئيسيين مثل روجرز، وأرلون، ونيلكو، وتاكونيك، والعديد غيرهم. معظم المخزونات متخصصة؛ ومع ذلك، لدينا مخزون جيد جدًا من المنتجات في مستودعاتنا من روجرز (سلسلة 4003 و 4350)، وأرلون، وغيرها. قلائل هم المؤسسات الراغبة في فعل ذلك لأن تكلفة الاحتفاظ بالمخزون لتمكين استجابة سريعة تكون عادةً باهظة الثمن.

تجعل الصفائح عالية التردد المستخدمة في تصنيع لوحات الدوائر عالية التقنية عملية تصميم هذه اللوحات معقدة بسبب حساسية الإشارات والقضايا المتعلقة بنقل الحرارة في معظم التطبيقات. تُظهر مواد لوحة الدوائر المطبوعة عالية التردد المثلى توصيلًا حراريًا منخفضًا مقارنة بمادة FR-4 المدمجة في لوحات الدوائر المطبوعة التقليدية.

تكون إشارات الترددات الراديوية والموجات الدقيقة حساسة للغاية تجاه الضوضاء، ولها متطلبات مقاومة كهربائية أعلى من لوحات الدوائر الرقمية التقليدية. يجب استخدام خطط التأريض ونصف قطر انحناء سخي في المسارات المتحكم في مقاومتها لضمان عمل التصميم بأفضل طريقة ممكنة. تقريبًا جميع مجمعي ومصنعي لوحات الدوائر المطبوعة يقدمون حاليًا لوحات دوائر مطبوعة قياسية مستخدمة في العديد من المنتجات الإلكترونية. ولكن قد لا يمتلك جميعهم القدرة على إعداد لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة. أدى الاهتمام المتزايد بالأجهزة الإلكترونية والتطورات الجديدة إلى تقدم واسع في هذه اللوحات.

نظرًا لأن الطول الموجي للدائرة يعتمد على ترددها وعلى المادة، فإن مواد لوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والموجات الدقيقة ذات قيم ثابت العزل الكهربائي الأعلى يمكن أن تؤدي إلى أصغر لوحة دوائر مطبوعة حيث يمكن استخدام تصميمات الدوائر المصغرة لمقاومة محددة ونطاقات تردد معينة. في معظم الحالات، للحصول على ثابت عزل كهربائي أعلى، تُستخدم صفائح بثابت عزل كهربائي 6 أو أكثر جنبًا إلى جنب مع مواد FR-4 منخفضة التكلفة في الهياكل متعددة الطبقات.

إن معرفة معامل التمدد الحراري، وثابت العزل الكهربائي، والمعامل الحراري، وTCDK، وعامل التبديد، وحتى عناصر مثل النفاذية النسبية وظل الزاوية للفقدان لمواد لوحة الدوائر المطبوعة المتاحة، ستساعد مصمم لوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية في تطوير تصميم يلبي وربما يتجاوز الخصائص المطلوبة.

قبل اتخاذ القرارات النهائية بشأن نوع الركائز التي سيتم استخدامها، يجب تحديد بعض العوامل الأخرى، ومنها عرض الخط لمجموعة من سماكات اللوحة، والذي قد يُترك للتحديد النهائي بعد إنشاء تردد عمل الدائرة وكذلك الأبعاد التقريبية للمكونات الرائدة.

أنواع مواد لوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية المختلفة هي:

بولي تيترافلورو إيثيلين (PTFE) المقوى بالسيراميك، والذي يظهر استقرارًا كهربائيًا وميكانيكيًا كبيرًا. تتمتع مواد دوائر سلسلة Rogers RO3000 بخصائص ميكانيكية جيدة ولا يوجد تغيير في ثابت العزل الكهربائي (Dk)، مما يعني أن تصميم لوحات الدوائر متعددة الطبقات الذي يستخدم موادًا بثوابت عزل كهربائية مختلفة لن يواجه مشاكل في الانحناء أو الموثوقية. تتميز سلسلة منتجات Taconic RF بعامل تبديد منخفض وتوصيل حراري عالٍ ممكن، لذا فهي لن تتأكسد أو تتحول إلى اللون الأصفر أو تظهر انحرافًا تصاعديًا في ثابت العزل وعامل التبديد مثل منتجات المنافسين القائمة على الهيدروكربون.

مادة لوحة الدوائر Megtron 6 – مكون فائق الانخفاض في الفاقد، مقاوم للحرارة بشكل عالٍ وخالي من الهالوجين. درجة حرارة التحول الزجاجي العالية (High TG) ونسبة التمدد الدنيا لـ MEGTRON 6 القائمة على راتنج الهيدروكربون – تجعلها المادة المختارة للوصلات عالية الكثافة (HDI) والسرعة العالية (فوق 3 جيجا هرتز).

صفائح بولي تيترافلورو إيثيلين (PTFE) المقواة بالزجاج المنسوج مصنوعة من ألياف زجاجية منسوجة خفيفة الوزن للغاية وهي أكثر استقرارًا من حيث الأبعاد من مركبات PTFE المقواة بألياف مقطعة. عامل التبديد أو عامل الفاقد منخفض بحق في مثل هذه المواد مثل عائلة مواد Taconic TL؛ وبالتالي، فهي مثالية لتطبيقات الرادار المصممة لتردد 77 جيجا هرتز، وغيرها من الهوائيات في ترددات الموجات المليمترية.

تستخدم صفائح السيراميك الهيدروكربونية في تصميمات ترددات الميكروويف والموجات المليمترية حيث أن هذه المادة منخفضة الفاقد تسهل الاستخدام في تصنيع الدوائر وخصائص مبسطة مقارنة بمواد PTFE الأخرى. تتوفر سلسلة منتجات Rogers RO4000 في نطاق واسع من ثابت العزل الكهربائي (2.55-6.15) ولها توصيل حراري متوسط إلى مرتفع (0.6-0.8).

توجد صفائح من PTFE المملوءة بالزجاج أو السيراميك مثل مواد دوائر التردد العالي Rogers RT / duroid التي تتمتع بفقدان كهربائي منخفض، وامتصاص منخفض للرطوبة، وانبعاثات غازية منخفضة مناسبة للاستخدام في الفضاء.

تدمج صفائح الميكروويف ذات الأصول الحرارية (Thermoset) معامل تمدد حراري منخفض (TCDR)، ومعامل تمدد حراري متطابق مع النحاس ومتانة ميكانيكية جيدة. تعتبر TMMs من Rogers صفائح تردد عالي، مناسبة بشكل خاص لدوائر الخط الشريطي (strip line) والخط الدقيق (micro strip) الموثوقة.

معدات المعالجة المتخصصة

معظم عمليات معالجة لوحات الدوائر المطبوعة للميكروويف/الترددات الراديوية (RF) مشابهة لمعدات التصنيع القياسية. ومع ذلك، تفترض حلول التصميم ذات التعقيد الأكبر استخدام معدات متخصصة. لقد استثمرنا بشكل كبير بحيث نملك داخليًا: يتم استخدام معدات النقش بالبلازما بحيث تكون جودة الثقوب الممرة عالية لتتحمل متطلبات الحفر بالتكنولوجيا المتقدمة لتمر من خلالها. في النقش بالبلازما، سيتم نقش الثقوب الممرة والأسطح الأخرى للركيزة باستخدام البلازما أو غازات النقش لعمل مساحة للطلاء اللاحق. معدات التصوير المباشر بالليزر (LDI) مقابل أدوات التعريض الضوئي التقليدية الأكثر حتى نتمكن من تحقيق عرض مسارات أضيق وتسجيل أمامي خلفي أدق. معدات الحفر بالليزر المطلوبة للعديد من المواد المختلفة حيث أن القطع الميكانيكي سيخلف برادة، أو نسيجًا غير مسترخٍ أو حتى تغير لون بسبب الحرارة. هذا يساعدنا أيضًا على التأكد من أننا نزود العملاء بثقوب مجهرية (microvias) بأفضل جودة في كل طلب يقدمونه لنا.

الإجراءات القياسية لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والميكروويف

تقريبًا جميع مجمعي ومصنعي لوحات الدوائر المطبوعة يقدمون حاليًا لوحات دوائر مطبوعة قياسية يتم نشرها في العديد من المنتجات الإلكترونية. ولكن قد لا يمتلك جميعهم القدرة على تحضير لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والميكروويف. وقد أضاف الاهتمام المتزايد بالأجهزة الإلكترونية والتطورات الجديدة تقدمًا واسعًا في هذه اللوحات. فيما يلي قائمة ببعض الاعتبارات المهمة التي يتم إعطاؤها عند صنع هذه اللوحات.

يتم تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والمايكروويف باستخدام مواد عالية الجودة مثل FR4 العالي، والهيدروكربون المملوء بالسيراميك، وغيرها. هذه المواد شائعة لأنها سميكة جدًا ويمكن ثنيها بسهولة في أشكال عديدة. تتمتع بمواصفات مرغوبة لمعامل التمدد الحراري (CTE). تساعد هذه المواد في توفير هيكل لوحة مستقر يتم تعزيز وظيفته في الظروف القاسية.

يجب أن تضمن المواد المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة للترددات الراديوية والمايكروويف أداء اللوحة في جميع أنواع الظروف المعاكسة.

مواد HT تعني أن أعداد الطبقات العالية ممكنة، بما في ذلك الأشكال الهندسية الدقيقة جدًا والأنماط التفصيلية.

يتم دمج معدات الليزر أيضًا في هذه اللوحات للتصوير بالإضافة إلى استخدامها في الحصول على عرض تتبع ضيق.