ההבדל העיקרי בין לוחות מהירים- לבין לוחות רגיליםמעגלים מודפסיםטמון ביכולתם לשדר ביציבותתדירות- גבוההואותות- במהירות גבוהה, הקובעים ישירות את החומרים, העיצוב והיישומים שלהם.
החומרים הם הבסיס: לוחות- במהירות גבוהה חייבים להשתמש בחומרים מיוחדים עם קבוע דיאלקטרי נמוך (Dk) וגורם הפסד נמוך (Df), כגון יריעות PTFE או Rogers, על מנת לגרום לאות לרוץ מהר ולאובדן נמוך. רָגִילFR-4החומר מספיק עבור מעגלים מודפסים רגילים, עם עלות נמוכה אך ביצועים מוגבלים.
העיצוב הוא הנשמה: לוחות- במהירות גבוהה מתוכננים כמו רשתות תחבורה מדויקות, עם בקרת עכבה קפדנית, חיווט דיפרנציאלי, הימנעות מניתוב בזווית ישרה והתחשבות בשלמות הספק ופיזור חום כדי למנוע עיוות אות. עיצוב PCB רגיל הוא הרבה יותר פשוט, כל עוד המעגל מחובר.
יישום: לוחות מהירות גבוהים הם "הלב" של התקני-היי-טק כגון תחנות בסיס 5G, שרתי AI ומכ"מים לרכב, בעוד שמעגלים מודפסים רגילים משמשים במקומות שבהם דרישות האות אינן גבוהות, כגון מכשירי חשמל ביתיים וצעצועים.
מה ההבדל בין-לוח מעגלים מודפס מהיר ל-PCB רגיל
ישנם הבדלים משמעותיים בעיצוב, בחומרים, בתהליכי ייצור ובביצועים בין מעגלים מודפסים במהירות גבוהה-(Printed Circuit Boards) לבין מעגלים מודפסים רגילים. מאמר זה יספק הקדמה מפורטת להבדלים בין מעגלים מודפסים במהירות גבוהה- לבין מעגלים מודפסים רגילים, כולל עקרונות עיצוב, בחירת חומרים, תהליכי ייצור ומאפייני ביצועים.
עקרונות עיצוב
1. שלמות אותות (SI): עיצוב PCb במהירות גבוהה צריך לשים לב לשלמות האות כדי להבטיח את היציבות והדיוק של האותות במהלך השידור. עם זאת, עיצוב PCB רגיל מתמקד בעיקר ביישום פונקציונלי של מעגלים, עם דרישות נמוכות יחסית לשלמות האות.
2. תאימות אלקטרומגנטית (EMC): תכנון PCB במהירות גבוהה צריך לשקול תאימות אלקטרומגנטית כדי להפחית הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) והפרעות בתדר רדיו (RFI). בתכנון PCB רגיל, הדרישות לתאימות אלקטרומגנטית הן בדרך כלל נמוכות.
3. שלמות כוח (PI): עיצוב PCb במהירות גבוהה צריך לשים לב לשלמות החשמל כדי להבטיח את היציבות והאמינות של ספק הכוח. בתכנון מעגלים מודפסים רגילים, הדרישה לשלמות החשמל נמוכה יחסית.
4. ניהול תרמי: תכנון מעגלים מודפסים במהירות גבוהה צריך לשקול ניהול תרמי כדי להבטיח את היציבות והאמינות של המעגל בסביבות-בטמפרטורה גבוהה. בתכנון מעגלים מודפסים רגילים, הדרישות לניהול תרמי נמוכות יחסית.
בחירת חומרים
1. חומר מצע: לוחות מעגלים מודפסים במהירות גבוהה משתמשים בדרך כלל בחומרי מצע בעלי ביצועים- גבוהים כגון FR-4, Rogers, PTFE וכו'. לחומרים אלו יש קבועים דיאלקטריים נמוכים יותר (Dk) וגורמי אובדן (Df), שעוזרים לשפר את מהירות שידור האות ולהפחית את אובדן האות. PCB רגילים משתמשים בדרך כלל בחומרי מצע בעלות נמוכה כגון FR-2, FR-3 וכו'.
2. רדיד נחושת: לוחות מעגלים מודפסים במהירות גבוהה משתמשים בדרך כלל בנייר נחושת עבה יותר כדי לשפר את יכולת נשיאת הזרם ולהפחית את ההתנגדות. לוחות מעגלים מודפסים רגילים משתמשים בדרך כלל בנייר נחושת דק יותר כדי להפחית עלויות.
3. חומרים מוליכים תרמיים: בתכנון PCB מהיר-, ייתכן שיהיה צורך להשתמש בחומרים מוליכים תרמיים כגון דבקים מוליכים תרמיים, רפידות תרמיות וכו' כדי לשפר את המוליכות התרמית. בתכנון PCB רגיל, השימוש בחומרים מוליכים תרמיים פחות יחסית.
תהליך ייצור
1. חיווט: חיווט PCB במהירות גבוהה צריך לעמוד בכללים ספציפיים, כגון חיווט זוג דיפרנציאלי, חיווט באורך שווה, התאמת עכבה וכו', כדי להבטיח את היציבות והדיוק של העברת האות. חיווט PCB רגיל מתמקד בעיקר ביישום הפונקציונלי של המעגל.
2. בקרת עכבה: תכנון PCB במהירות גבוהה דורש בקרת עכבה כדי להבטיח את יציבות האותות במהלך השידור. בתכנון PCB רגיל, הדרישות לבקרת עכבה נמוכות יחסית.
3. טכנולוגיית חור קבור עיוור: מעגלים מודפסים במהירות גבוהה עשויים לדרוש טכנולוגיית חור קבור עיוור כדי להשיג חיבורים בין שכבות מרובות. בעיצוב PCB רגיל, השימוש בטכנולוגיית חור קבור עיוור הוא נדיר יחסית.
4. טיפול פני השטח: לוחות מעגלים מודפסים במהירות גבוהה משתמשים בדרך כלל בתהליכי טיפול פני השטח כגון ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) כדי לשפר את ביצועי שידור האותות ועמידות החמצון. לוחות מעגלים מודפסים רגילים משתמשים בדרך כלל בתהליכי טיפול משטח כגון HASL (פלוס הלחמה חמה באוויר).
מאפייני ביצועים
1. מהירות העברת אותות: למעגלים מודפסים במהירות גבוהה יש מהירות העברת אות גבוהות יותר, שיכולות לענות על הצרכים של העברת נתונים- במהירות גבוהה. מהירות העברת האותות של מעגלים מודפסים רגילים נמוכה יחסית.
2. איבוד אות: למעגלים מודפסים במהירות גבוהה יש אובדן אות נמוך יותר, מה שעוזר לשפר את היציבות והדיוק של העברת האות. אובדן האות של מעגלים מודפסים רגילים גבוה יחסית.
3. תאימות אלקטרומגנטית: למעגלים מודפסים במהירות גבוהה יש תאימות אלקטרומגנטית טובה, שיכולה להפחית ביעילות הפרעות אלקטרומגנטיות והפרעות בתדר רדיו. התאימות האלקטרומגנטית של מעגלים מודפסים רגילים גרועה יחסית.
4. ביצועים תרמיים: למעגלים מודפסים במהירות גבוהה יש ביצועים תרמיים טובים ויכולים לשמור על פעולה יציבה בסביבות טמפרטורות גבוהות. הביצועים התרמיים של מעגלים מודפסים רגילים גרועים יחסית.
שדות יישומים
מעגלים מודפסים במהירות גבוהה משמשים בעיקר בתחומים כמו-העברת נתונים במהירות, תקשורת-מהירה, מחשוב-בביצועים גבוהים, תעופה וחלל, צבא וכו'. לתחומים אלה יש דרישות גבוהות למהירות העברת אותות, תאימות אלקטרומגנטית, ביצועים תרמיים וכו'. מעגלים מודפסים רגילים משמשים בעיקר במוצרי בקרה ביתיים ומוצרים אלקטרוניים תעשייתיים אחרים. דרישות נמוכות למהירות שידור האות, תאימות אלקטרומגנטית, ביצועים תרמיים וכו'.