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罗杰斯谈5G应用中PCB材料选择问题

四月 23, 2020 | I-Connect007
罗杰斯谈5G应用中PCB材料选择问题

新的5G蜂窝基础设施与以往的基础设施有许多技术差异,必将影响PCB及材料。5G应用通常分为6GHz以下频段和毫米波频段。最初部署大多基于低于6GHz的频段;然而,未来毫米波会越来越多。

5G的优势在于具有更高的数据传输速率和更低的延迟。数据速率可能达数百兆比特/秒,延迟将低于20毫秒。5G技术的进步将使增强移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信(MMTC)和超可靠、低延迟通信(uRLLC)成为可能。与5G应用相关的PCB将具有更高的集成度和更多的功能,故对PCB的设计要求更高,电路材料的组合更广。

5G的增强可能会导致某些电路功能出现更多的PCB热量管理问题。5G PCB产生的热量通常与插入损耗有关。基本上,具有较高插入损耗的电路将会产生更多的热量。一旦产生热量,将热量有效地引导到散热片结构很重要。需要考虑的材料特性包括损耗因子热导率

低损耗高频电路材料具有较低的插入损耗,因此产生的热量较少。这些高频电路材料通常具有较低的损耗因子(Df),并且通常采用表面更光滑的铜。众所周知,铜表面粗糙度会影响插入损耗,而低轮廓或表面光滑的铜会产生较小的插入损耗。更具体地说,所指的铜表面粗糙度是指高频层压板基板与铜界面的铜表面粗糙度。 

此外,我认为人们对于层压板是否是低Df的判断有点主观,它非常依赖于5G系统中使用的电路类型。通常,高频层压板的Df应为0.004或更小。对于低于6 GHz 的5G应用来说,这是一个很好的通用Df值;但是在毫米波频率下,可能需要更低的Df值。

对于一些5G电路来说,另一个重要的电路材料特性是热导率。采用具有高导热率的高频层压板非常有利于5G应用的热量管理。一般来说,导热系数为0.50W/m·k的层压板被认为是良好的,有一些高频、低损耗的层压板具有该导热系数。然而,也有一些低损耗的层压板具有更高的导热系数。

罗杰斯公司新近发布的一种材料——TC350™Plus层压板实现了低损耗和高导热性的极佳组合。TC350 Plus层压板在10 GHz下测试时,Df为0.0017,导热系数为1.24 W/m·K。通常对热量管理更敏感的5G电路类型是功率放大器。此外,天线组件和其他电路的馈电结构也可能存在热量管理问题。

5G天线结构通常采用低损耗材料,Dk值较低。与所有电路功能一样,有许多折衷方案,天线电路通常具有较低的Dk,将允许更有效的辐射。考虑到许多折衷方案,通常天线电路将使用Dk值约为3的电路材料。

罗杰斯公司的 RO4730G3™层压板适用于许多5G天线应用,因为其标称Dk为3.0,在10GHz下测试时的Df为0.0029,并且具有非常好的介电常数温度系数(TCDk)。TCDk是5G天线应用的重要特性,因为这些电路将暴露于一个温度范围内。TCDk是一种材料特性,它是材料Dk随温度变化而变化的特性,所有材料都具有这种特性。对于层压板,良好的TCDk值为50 ppm/℃,该值接近零最理想。RO4730G3层压板的TCDk值为26 ppm/℃。

在设计5GPCB应用时,需要考虑很多因素,例如材料特性以及与其他PCB使用材料间的相互作用。强烈建议设计师在考虑5G应用所采用的高频材料时,与材料供应商合作。

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标签:
#材料  #罗杰斯  #5G  #CCL 

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