לוחות מעגלים בתדר גבוההפכו למרכיבי יסוד בתחומים כמו תקשורת, מכ"ם ולוויינים. הביצועים שלו קובעים ישירות את היציבות, שיעור האובדן והאמינות הכוללת של שידור האות.
1, מאפיינים טכניים ותרחישי יישום של-מעגלים בתדר גבוה
לוחות מעגלים בתדר גבוה משמשים בעיקר להעברת אותות עם תדרים העולים על 1GHz, הנמצאים בדרך כלל בתחנות בסיס 5G, תקשורת לוויינית, מערכות מכ"ם, ציוד אלקטרוני תעופה וחלל ותרחישים אחרים. בהשוואה למעגלים רגילים, המחסומים הטכניים שלו באים לידי ביטוי בעיקר בשלושה אינדיקטורים מרכזיים:
קבוע דיאלקטרי נמוך ומקדם הפסד נמוך
בהעברת אותות-תדר גבוה, הקבוע הדיאלקטרי של החומר הדיאלקטרי משפיע ישירות על מהירות האות, בעוד שגורם ההפסד קובע את מידת הנחתת האנרגיה. לדוגמה, בתקשורת גלי מילימטר 5G, אם תדר האות עולה על 28GHz וערך Dk של חומר המעגל משתנה ב-0.1, שגיאת השהיית האות תתרחב לרמת הננו-שניה, מה שעלול להוביל לכשל בקישור התקשורת. לכן, לוחות מעגלים בתדר גבוה- צריכים להשתמש במצעים מיוחדים כגון פוליטרפלואורואתילן ופולימרים גבישים נוזליים, כאשר ערכי Dk נשלטים בדרך כלל בין 2.2-3.5 ו-Df מתחת ל-0.001.
טכנולוגיית עיבוד דיוק גבוהה
לוחות מעגלים בתדר גבוה משלבים לעתים קרובות מבנים מרובי-שכבות (בדרך כלל 6-20 שכבות), ודיוק רוחב הקווים/מרווח הקווים נדרש להיות מתחת ל-50 מיקרומטר, עם קוטר של חורים עיוור/קבור קטן עד 0.1 מ"מ. אם ניקח כדוגמה מודולי אנטנת מכ"ם של מערך מדורג, לוח המעגלים צריך לפרוס אלפי קווי מיקרו-סטריפ בשטח של 10 ס"מ ², ולהשיג חיבור בין-שכבתי באמצעות קידוח לייזר וחריטת פלזמה, עם סובלנות שגיאה של פחות מ-1/10 מקוטר שערה אנושית.
יציבות סביבתית
בסביבות קיצוניות כגון תעופה וחלל, לוחות מעגלים בתדר גבוה- צריכים לעמוד בפני זעזועים בטמפרטורה הנעה בין -55 מעלות ל-+125 מעלות, והתנגדות הבידוד לא צריכה להיות פחות מ-10G Ω בתנאי לחות של 95% RH. הדבר מחייב חברות ייצור לשלוט בתהליכים מיוחדים כמו לחיצה בוואקום וציפוי פני השטח (כגון ציפוי זהב ניקל ללא אלקטרו) כדי לשפר את העמידות בפני קורוזיה ועיוותים של המצע.
2, אתגר הליבה של ייצור מעגלים בתדר גבוה-
ייצור של לוחות-תדר גבוה הוא תהליך טיפוסי עתיר טכנולוגיה, הכולל תחומים בין-תחומיים מרובים כגון מדעי החומרים, הנדסת אלקטרוניקה וייצור מדויק. האתגרים העיקריים כוללים:
בחירת מצע והתאמה
ישנם הבדלים משמעותיים בדרישות המצע עבור תרחישי תדר שונים. לדוגמה, מכשירי Wi Fi של 2.4GHz יכולים להשתמש במצע מבד זכוכית אפוקסי FR-4 (Dk ≈ 4.4), בעוד שמכ"ם גלים של 60GHz מילימטר חייב להשתמש בחומרי Rogers RT/duroid ® 5880 (Dk=2.2) או TaconicTLY ™. מפעלי ייצור צריכים להקים מסד נתונים רב קטגוריות של מצע ולערוך ניסויים כגון בדיקות קבועות דיאלקטריות והתאמת מקדם התפשטות תרמית כדי להבטיח תאימות בין חומרים ותכניות עיצוב.
עיצוב שלמות אותות
אותות בתדר גבוה רגישים לגורמים כמו אפקט העור וצימוד אלקטרומגנטי, מה שמוביל לעיוות האות. ארגוני ייצור צריכים לשתף פעולה עם לקוחות כדי לייעל את המבנה המוערם, כגון שימוש בעיצוב קבלים/משרן משובצים, חיווט אות דיפרנציאלי וטכנולוגיות אחרות. במקביל, יש להשתמש בתוכנת סימולציה כדי לחזות הפסדים ולשלוט על אובדן ההחזר מתחת ל-20dB ואובדן ההכנסה מתחת ל-0.5dB/in.
בקרת עקביות תהליכים
אם לוקחים את תהליך שקיעת הנחושת הכימי כדוגמה, יש לשלוט על אחידות עובי הנחושת על דופן החור של לוחות מעגלים בתדר גבוה-בטווח של ± 5%. אם העובי המקומי אינו מספיק, זה עלול לגרום להחזרת אותות. על קו הייצור להיות מצויד בציוד AOI מקוון ובמדדי עובי קרני X- כדי לנטר שינויים בצמצם ובעובי הציפוי בזמן אמת, תוך הבטחת תפוקת מוצר אצווה יציבה.