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PCB資訊

PCB資訊 - ITEQ高頻資料支持5G和6G天線設備

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PCB資訊 - ITEQ高頻資料支持5G和6G天線設備

ITEQ高頻資料支持5G和6G天線設備
2023-03-16
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Author:電路板      分享文章

精確表徵頻率相關的非均質介質材料特性是優化設計高性能及高性價比PCB天線的關鍵。 這些天線將用於大量5G、6G通信預測設備。 ITEQ IT-88GMW是為了提高PCB層壓板上互連和無源元件的Q因數而採用緊密編織薄玻纖增强的高階樹脂系統。

介質材料的電力和熱機械特性主要决定了高速電路的效能。 囙此,推薦實施表徵方法,以提供在實際應用中材料效能的相關資訊。 與其通過假設訊號在最佳效能方向上的傳播,將表徵局限於僅獲得特定頻率下的標稱數據,不如分析材料在不同方向和位置上的特性。 這樣可使設計師能够更清楚地瞭解實際中預期的變化量,而不是通常假設的簡化設計週期的理想條件。


選擇用於高速、高頻天線設計的層壓板材料時,複合材料的内容是决定天線貼片和互連網絡能否滿足損耗、時延和阻抗匹配等要求的關鍵參數。 PCB層壓板通常有兩種製造方法:

1、用樹脂浸漬和增强玻纖織物。

2、用無紡玻纖或替代填加劑增强樹脂系統,以控制熱膨脹係數。

除了最佳電力效能外,高速、高頻應用介質材料的設計還應具有更好的熱可靠性、尺寸穩定性和低吸濕性。 這些系統的覈心樹脂基體已從標準環氧樹脂發展為聚烯烴樹脂,其表現出類似PTFE基材所需具備的電力效能,但也存在低可靠性風險。 下圖簡要說明了這些樹脂化學效能目標。

樹脂化學物質介電内容的發展

樹脂化學物質介電内容的發展

除了介電特性外,導體損耗(由於電阻率和趨膚深度)是層壓板選擇的重要標準。 銅的表面粗糙度在5G、6G通信所需的毫米波頻率下觀察到的衰减新增中起著重要作用。 就這一點而言,銅的供應商已經響應了行業需求,大大提高了表面粗糙度,最大限度地减少趨膚效應並提高剝離强度,以促進介質材料與處理後銅箔的最佳附著。 下圖顯示了銅表面形貌的改善。

顯示銅粗糙度的Rz測量值

顯示銅粗糙度的Rz測量值

ITEQ和INAOE合作設計了兩種測試載體,以研究貼片天線結構隨空間材料不均勻性和毫米波頻率而變化的Dk和Df的敏感性。 4層混合材料疊層採用ITEQ的IT-88GMW高性能射頻材料設計; 芯材為5mil,由1/2盎司超低粗糙度銅製成。


該關鍵層由非功能性的50密耳標準ITEQ IT-180高Tg材料芯材和半固化片支撐,以提高剛度,並最大限度地减少由於較薄的射頻級效能介質芯材翹曲或彎曲而引起的測量誤差。 疊層細節、微帶阻抗目標、表面塗層和層尺寸如圖3所示。

樣品的疊層結構

圖3:樣品的疊層結構

大多數PCB層壓板的成分不均勻會導致材料複介電常數的局部變化,這反過來又會影響在高頻下運行的互連效能。 水平面的這些局部變化主要是由纖維編織引起的,並且已被證明會導致傳輸線互連所表現出的週期性負載效應。 綜合研究通過嚴格的數值和圖形方法預測了這些共振發生的頻率,該方法考慮了纖維編織束和走線角度(相對於束)之間的間距。

用於測試載體製造的PCB序列化佈局

圖4:用於測試載體製造的PCB序列化佈局

為了研究這種週期性負載現象對貼片天線的影響,使用以下佈線 Ф 角(0°、3°、7°、10°)來確定微帶結構相對於編織緯線的方向。

貼片天線量測

圖5:貼片天線量測

每個序列化樣片都具有一端(用於射頻貼片)和兩端(用於單端微帶線)端接的傳輸線段,並帶有接地訊號接地(GSG)焊盤,囙此可以使用200µm間距的共面射頻探針執行高達103GHz的高頻S參數測量。 測試結構如下:

1、4組5mm、15mm和30mm長的微帶線,方向分別為0°、3°、7°和10°。

2、2組天線貼片,每個貼片的方向為0°、3°、7°和10°,由5mm和10mm微帶線饋電。


ITEQ IT-88GMW材料上佈線的天線與目標共振頻率的標準差約為0.17。 諧振幅度在所有旋轉位置顯示出最佳反射係數(最大為-36.3dB)(注意:對於高效貼片天線,最小所需增益為-10dB)。 與材料表值(~3.0Dk)相比,ITEQ IT-88GMW顯示出1.34%的Dk變化,反映了整個旋轉度。

從這項調查中獲得的材料表明,ITEQ IT-88GMW是一種為W波段頻率天線設計的最佳覆銅板材料。