ما هو ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد

A ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد هي لوحة دوائر مطبوعة خاصة (PCB) تستخدم لإشارات الترددات الكهرومغناطيسية العالية. هذه الألواح مخصصة للترددات الراديوية التي تزيد عن 300 ميجاهرتز تقريبًا (الطول الموجي <1 م) ولترددات الموجات الدقيقة التي تزيد عن 3 جيجاهرتز تقريبًا (الطول الموجي <0.1 م). وهي مصنوعة على شرائح نحاسية مكسوة بالنحاس ذات قاعدة موجات دقيقة. قد يستخدم الإنتاج بعض خطوات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلب القياسية أو استخدام طرق خاصة لهذه المواد.

مع التقدم السريع في التكنولوجيا، يعمل المزيد من الأجهزة في نطاق الموجات الدقيقة (>1 جيجاهرتز) وحتى في نطاقات الموجات المليمترية (>30 جيجاهرتز). وهذا يعني ارتفاع الترددات وزيادة الاحتياجات المادية. يجب أن تتمتع المواد الأساسية بخصائص كهربائية جيدة جدًا وثبات كيميائي جيد. ومع ارتفاع تردد الإشارة، يجب أن يظل فقدان المواد منخفضًا جدًا. ومع وصول الجيل الخامس، أصبحت المواد عالية التردد أكثر أهمية.

مزايا مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد

1. كفاءة عالية
المواد ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض تسبب خسارة منخفضة. يمكن للتسخين الحثي الحديث والطرق الأخرى أن تحقق الأهداف وتحافظ على كفاءة عالية. تساعد هذه الألواح أيضًا في تقليل النفايات وتناسب الأهداف الخضراء.

2. سرعة عالية
تتناسب سرعة الإشارة عكسيًا مع الجذر التربيعي لثابت العزل الكهربائي. ثابت العزل الكهربائي المنخفض يعني انتقالاً أسرع. تحافظ المواد الخاصة على ثابت العزل الكهربائي منخفضاً ومستقراً. وهذا يساعد على نقل الإشارة.

3. تحكم جيد في التسخين أو المعالجة
تُستخدم الألواح عالية التردد في العديد من المجالات التي تحتاج إلى تسخين دقيق للأجزاء المعدنية. يمكنك التحكم في مدى العمق أو مكان التسخين. يمكنك التركيز على التسخين السطحي أو العميق. يمكنك التسخين بطريقة مركزة أو منتشرة. تسمح اللوحة بالتحكم الدقيق.

4. متانة قوية
يعتمد ثابت العزل الكهربائي والمادة العازلة على البيئة. في المناطق الرطبة، تؤذي الرطوبة الألواح. الألواح عالية التردد المصنوعة من مواد منخفضة الامتصاص للماء تقاوم ذلك. كما أنها تقاوم التآكل الكيميائي والرطوبة والحرارة العالية وتتمتع بقوة تقشير عالية. هذه الصفات تجعلها قوية في البيئات الصعبة.

مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور الشائعة عالية التردد وعالية السرعة

(استخدم هذه الأمثلة على المواد كنقطة بداية. يحتاج كل تصميم إلى اختيار المواد المناسبة للتردد والتخطيط).

الفرق بين اللوحات عالية التردد ولوحات HDI

تُستخدم ألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد للرادار وأجهزة الاختبار وأنظمة تفادي الاصطدام في السيارات والأقمار الصناعية للاتصالات والأنظمة اللاسلكية وغيرها من المجالات. لوحات HDI (الوصلة البينية عالية الكثافة) مخصصة للأجهزة الصغيرة ذات المكونات الكثيرة. وغالباً ما تستخدم لوحات HDI الألواح ذات الوجهين في المنتجات ذات الحجم الصغير.

تحتاج اللوحة عالية التردد إلى تحكم ودقة عالية جدًا في العملية. يبدأ المصممون في كثير من الأحيان من الإيبوكسي الزجاجي FR-4، ولكن الألواح عالية التردد الحقيقية تستخدم شرائح خاصة. يجب أن تحتوي اللوحة على ثابت عازل كهربائي صغير ومستقر، وفقدان عازل كهربائي منخفض، وامتصاص منخفض للماء، وتحمل درجات حرارة عالية، ومقاومة جيدة للتآكل.

تستخدم لوحة HDI فيا صغيرة عمياء للوصول إلى كثافة توجيه عالية. تحتوي على توجيه داخلي وخارجي يتم توصيله عن طريق الحفر والطلاء. HDI للمنتجات المدمجة. تستخدم بعض تصاميم HDI وحدات متوازية معيارية وتحكم قوي في DSP لميزات الطاقة والتحميل.

أنواع/تصنيف اللوحات عالية الترددات

فيما يلي الأنواع الشائعة والملاحظات حول معالجتها:

1. مسحوق مملوء بالحرارة (مملوء بالسيراميك)

• المواد والموردون: روجرز 4350B / 4003C؛ أرلون 25N / 25FR؛ سلسلة Taconic TLG.

• المعالجة: الخطوات مشابهة لرقائق زجاج الإيبوكسي FR-4 الإيبوكسي. ومع ذلك، فإن الألواح هشة وسهلة الكسر. ينخفض عمر الأداة للمثاقب ولقم التوجيه حوالي 20%. تعامل معها بحذر.

2. PTFE (متعدد رباعي فلورو الإيثيلين، تفلون)

• المواد والموردين:

  • روجرز سلسلة RO3000، وسلسلة RT، وسلسلة TMM، وسلسلة TMM

  • أرلون سلسلة AD/AR، سلسلة IsoClad، سلسلة CuClad

  • تاكونيك: سلسلة RF، سلسلة TLX، سلسلة TLY، سلسلة TLY

  • ميكروويف تايكسينغ F4B / F4BM / F4BK / TP-2B

• ملاحظات المعالجة لـ PTFE

  • احتفظ بغشاء واقي عند تقطيع الألواح الخام لتجنب الخدوش وعلامات الضغط.

  • استخدم مثاقيب جديدة (يوصى باستخدام مثاقيب #130 القياسية). للحصول على أفضل النتائج، قم بثقب لوح واحد في كل مرة. حافظ على ضغط المشبك عند حوالي 40 رطل لكل بوصة مربعة.

  • استخدم دعامة خلفية من الألومنيوم ووسادات ميلامين 1 مم لتثبيت مادة PTFE أثناء الحفر.

  • بعد الحفر، قم بنفخ الغبار من الثقوب بالهواء الساخن.

  • استخدم ماكينة حفر ثابتة. بالنسبة للثقوب الصغيرة، قم بزيادة السرعة وتقليل حمل البُرادة وسرعة إرجاع عمود الدوران.

  • معالجة سطح الثقب: تساعد معالجة سطح الثقب: البلازما منخفضة الحرارة أو تنشيط نفثالين الصوديوم على تمعدن الثقب.

  • يحتاج ترسيب النحاس PTH (المطلي من خلال ثقب) والالتصاق إلى الاهتمام.

3. ترسب النحاس PTH

• بعد الحفر الدقيق (حوالي 20 ميكرو بوصة تحكم)، قم بإجراء PTH. إذا لزم الأمر، قم بإجراء تمريرة PTH ثانية حسب ما يتطلبه توجيه اللوحة.

4. عملية قناع اللحام (القناع الأخضر)

• المعالجة المسبقة: استخدم التنظيف الحمضي/القلوي؛ تجنب الصنفرة الميكانيكية.

• بعد المعالجة المسبقة، قم بخبز اللوح (90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة) ثم ضع طبقة جافة.

• يُخبز على ثلاث مراحل: 80 درجة مئوية، 100 درجة مئوية، 150 درجة مئوية، 30 دقيقة لكل مرحلة. في حال ظهور بقع زيتية على القناع، يُزال القناع وتُكرر معالجة التنشيط.

5. توجيه/طحن ألواح PTFE

• استخدم ورقًا رقيقًا على جانب التتبع PTFE ومشبكًا باستخدام FR-4 أو دعامة من الفينول أثناء التوجيه.

• بعد التوجيه، قم بإنهاء نتوءات الحواف يدويًا وفحصها بعناية. تجنب إتلاف النحاس وسطح اللوح. استخدم ورق الفصل الخالي من الكبريت. قلل النتوءات جيدًا. يجب أن تترك خطوة التوجيه لمسة نهائية جيدة للحافة.

تدفق الإنتاج لألواح PTFE عالية الترددات العالية

فيما يلي ثلاثة تدفقات عملية شائعة. أضعها في جدول للتوضيح.

ملاحظة: يجب أن تتحكم كل خطوة من خطوات العملية في خدش السطح والعيوب الأخرى بدقة.

تطبيقات مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية الترددات

عادةً ما تظهر مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد في:

• مضخمات الطاقة ومضخمات الضوضاء المنخفضة (LNA)

• منتجات الاتصالات المتنقلة وأنظمة الإضاءة الذكية

• مقسمات الطاقة والمقرنات والمزدوجات والمرشحات وغيرها من الأجهزة الخاملة

• أنظمة تجنب الاصطدام في السيارات، والأقمار الصناعية للاتصالات، وأنظمة الهاتف اللاسلكية

• باختصار، تنتقل الإلكترونيات إلى ترددات أعلى وتتبع لوحات الترددات العالية هذا الاتجاه.

كيفية تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد

في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد، يعد تخطيط مستوى الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. عادةً ما يتم وضع الطاقة على الطبقة الخاصة بها. وهذا يساعد الدائرة على اتباع المسار الأقل مقاومة. يجب أن يوفر مستوى الطاقة مسارات عودة لجميع الإشارات على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يقلل ذلك من مساحة الحلقة ويقلل من الضوضاء. غالبًا ما يتجاهل مصممو الترددات المنخفضة بعض مشكلات الضوضاء هذه.

اتبع هذه القواعد في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد:

• حافظ على استقرار الطاقة والأرضية وتوحيدها.

• يؤدي التوجيه الدقيق والإنهاء الصحيح إلى إزالة الانعكاسات.

• يقلل التوجيه الدقيق والإنهاء الصحيح من السعة والتداخل المقاس.

فيما يلي أتوسع في عدة مواضيع رئيسية.

(1) عرض خط النقل (1)

يجب أن يتبع عرض خط النقل في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد نظرية مطابقة المعاوقة.

مطابقة المعاوقة
عندما تتطابق معاوقة الدخل/الخرج ومقاومة خط النقل، يعطي النظام أقصى طاقة خرج وأقل انعكاس. بالنسبة لدوائر الموجات الدقيقة، يجب أن تراعي المطابقة أيضاً نقاط انحياز الجهاز. تغير المعاوقة على خطوط الإشارة خصائص الإرسال. بالنسبة ل TTL و CMOS، تكون المعاوقة المميزة عالية، لذا يكون التأثير صغيراً. لكن بالنسبة لخطوط الترددات اللاسلكية منخفضة المقاومة 50 Ω، يجب مراعاة المعاوقة. وعادةً ما يتم تجنب الفياسات على هذه الخطوط.

(2) الحديث المتبادل بين خطوط الإرسال المتوازية

عندما يعمل خطان من الخطوط المتناهية الصغر متقاربان ومتوازيان، يحدث اقتران. فهي تسبب الحديث المتبادل وتغير المعاوقة المميزة للخط. انتبه لدوائر 50 Ω و75 Ω. يمكن للمصممين استخدام الاقتران لبعض الوظائف، مثل المقرنات الاتجاهية أو قياس الطاقة. أمثلة على قيم من تصميم واحد (مضخم محطة قاعدية طرفية PCS بتردد 1.97 جيجاهرتز، العازل εr = 3.48):

• لمقرنة اتجاهية 10 ديسيبل: S = 5 مل، l = 920 مل، W = 53 مل

• لمقرنة اتجاهية 20 ديسيبل: S = 35 مل، l = 920 مل، W = 62 مل

لتقليل الحديث المتبادل، اتبع هذه القواعد:

A. حافظ على التباعد S بين الخطوط المتوازية عالية التردد أو عالية السرعة بعرض خط واحد على الأقل.
B. قص الطول الموازي حيثما أمكن.
C. احتفظ بالإشارات الصغيرة عالية التردد بعيدًا عن خطوط الطاقة والمنطق التي يمكن أن تسبب تداخلًا قويًا.

(3) الأرضي عن طريق التحليل الكهرومغناطيسي

بالنسبة لدبابيس IC الأرضية أو دبابيس التأريض الأخرى، ضع فيا أرضية قريبة من الدبابيس في الدوائر عالية التردد. الفكرة: يعمل المسار الأرضي القصير مثل المعاوقة الاستقرائية. يبدو المسار الأرضي عبر الأرض حثيًا أيضًا. يؤثر هذا على وظيفة المرشح. هذا هو السبب في وضع قنوات أرضية قريبة من السنون. لتقليل الحمل الاستقرائي، استخدم فيا أرضية أكثر من لوحات التردد المنخفض. هذا يرفع سعة التيار الأرضي ويساعد على إبقاء جميع النقاط بالقرب من 0 فولت.

(4) ترشيح الطاقة

بالنسبة لدارات TTL و CMOS، يضيف المصممون مكثفات تجاوزية بالقرب من دبابيس الطاقة لتقليل الضوضاء المنطقية. أما بالنسبة للدارات عالية التردد ودوائر الموجات الدقيقة، فهذا لا يكفي. فالإشارات عالية التردد تحدث تشويشاً عالي التردد على الطاقة. استخدم محاثات ومكثفات متسلسلة. اختر المحاثات حسب تردد العمل. مثال: لتصفية ضوضاء > 1 ميجاهرتز مع C = 0.1 μF، اختر L = 1 μH. عند إضافة الحث على دبابيس إشارة الدائرة المفتوحة للمجمع، كن حذرًا. يعمل الحث مثل الحث المطابق عندئذٍ.

(5) التدريع

استخدم التدريع لحماية الإشارات الصغيرة أو عالية التردد. هذا يقلل من التداخل القوي للإشارة ويقلل من التداخل القوي للإشارة ويقلل من التداخل الكهرومغناطيسي. بعض الإرشادات:

A. في التصميمات ذات الإشارات الصغيرة الرقمية/التناظرية منخفضة التردد (<30 ميجاهرتز)، قم بتقسيم الأرضية الرقمية والتناظرية، وصب مستوى أرضي في مناطق الإشارات الصغيرة. حافظ على المسافة بين الصب الأرضي والآثار أكبر من عرض الأثر.

B. في تصميم الإشارات الصغيرة الرقمية/التناظرية ذات الترددات العالية/التناظرية الصغيرة، أضف علب التدريع أو الشقوق الأرضية المخيطة لعزل المناطق.

C. بالنسبة للدوائر عالية الطاقة عالية التردد، اجعل الجزء عالي التردد وحدة وظيفية منفصلة وأضف صندوق درع معدني لخفض الإشعاع. على سبيل المثال، وحدات الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية بسرعة 155 م أو 622 م أو 2 جيجابت/ث.

قد تضع لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات للهاتف المحمول (مثال: Nokia 6110) المكونات على كلا الجانبين وتستخدم صبّات أرضية داخلية كما هو موضح في الشكل الأصلي. (تم حذف مراجع الشكل هنا.)

أمثلة على اختيار المواد للألواح العالية

فيما يلي أمثلة من اللوحات التي قمنا بتصميمها وتصحيحها:

استخدم هذه كأمثلة. يحتاج كل مشروع إلى اختيار المواد والسماكة الخاصة به.

متطلبات مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد

يجب على المصممين التحقق من خصائص المواد الرئيسية التالية

1. الفقد العازل (Df، ظل الفقد) يجب أن تكون صغيرة جداً. الفقد الصغير يعني توهين أقل للإشارة.

2. امتصاص منخفض للماء مهم. يؤدي الامتصاص العالي للماء إلى تغيير ثابت العزل الكهربائي والفاقد.

3. ثابت العزل الكهربائي (DK) يجب أن تكون منخفضة ومستقرة. يعطي DK المنخفض سرعة إشارة أعلى. يساعد استقرار DK أيضًا على التحكم في المعاوقة.

4. CTE والمطابقة الحرارية بين رقائق النحاس والقاعدة يجب أن تكون متشابهة. يمكن أن يتسبب عدم التطابق الكبير مع تغيرات درجة الحرارة في حدوث تشقق النحاس.

غالبًا ما يعني التردد العالي استخدام ركائز البوليمر الفلوري مثل PTFE (المعروف باسم التفلون).

ملاحظات وتحذيرات التصنيع لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد

1. التحكم في المعاوقة صارم. تفاوت عرض الخط ضيق. تفاوت التحكم النموذجي ~ ± 2%.

2. التصاق PTH منخفض على المواد الخاصة. استخدام تخشين سطح البلازما للثقوب والأسطح لزيادة الالتصاق للطلاء ومقاومة اللحام.

3. لا تقم بصنفرة اللوح قبل اللحام. يقلل ذلك من الالتصاق. استخدم محاليل الحفر الدقيقة أو طرق التخشين الأخرى فقط.

4. غالبًا ما تتسبب ألواح PTFE في حدوث حواف خشنة مع أدوات التفريز القياسية. استخدم لقم تفريز خاصة واتبع ممارسات توجيه PTFE.

خاتمة قصيرة

تحتاج مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد إلى مواد خاصة وتحكم دقيق في العملية. اختر مادة تناسب التردد والاحتياجات الحرارية. تحكّم في المعاوقة وضع فياش أرضي عن كثب. استخدم التدريع وترشيح الطاقة الصحيح. اتبع خطوات المعالجة الخاصة لمادة PTFE وصفائح الموجات الدقيقة الأخرى. تعمل هذه الخطوات على تحسين الأداء والإنتاجية في الدوائر عالية التردد.