एयर-वॉइड माइक्रोस्ट्रिप लाइनें: रोजर्स परफॉर्मेंस, FR-4 पर मास प्रोडक्शन

RF और माइक्रोवेव सेक्टर के इंजीनियरों को लंबे समय से एक कठिन चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। वे महंगे रोजरस जैसे लेमिनेट्स का चयन कर उच्च विद्युत प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं। या फिर सस्ते मानक FR-4 सबस्ट्रेट्स पर टिके रहकर अधिक सिग्नल नुकसान सह सकते हैं। यह समझौता अब अगली पीढ़ी की वायरलेस संचार तकनीकों के लिए बाधा बन गया है। आज के डिवाइस कम इनसरशन लॉस, छोटे आकार और न्यूनतम निर्माण लागत की एक साथ मांग करते हैं। एयर-वॉइड इन्वर्टड शील्डेड (AVIS) ट्रांसमिशन लाइन नामक एक नई संरचनात्मक अभ्यास इस द्वंद्व को तोड़ रही है। यह सामान्य सामग्रियों पर उच्च दक्षता वाले सिग्नल मार्गदर्शन का रास्ता प्रदान करती है।

परंपरागत FR-4 PCBs की मुख्य समस्या उनकी डाइइलेक्ट्रिक विशेषताओं में निहित है। उच्च आवृत्तियों पर, FR-4 में मौजूद एपोक्सी रेजिन विद्युतचुंबकीय ऊर्जा को सोख लेता है। इसके परिणामस्वरूप सिग्नल में भारी क्षीणन होता है। इस समस्या को कम करने के परंपरागत तरीकों ने लागत या निर्माण जटिलता बढ़ा दी है। लेकिन ये तरीके मूल भौतिक सीमाओं को पूरी तरह नहीं सुलझा पाते। AVIS संरचना एक अलग दृष्टिकोण अपनाती है। यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग को हानिकारक सबस्ट्रेट से अलग कर देती है। इसमें ऊपरी परत में एक इन्वर्टड कॉपर ट्र्रेस को एम्बेड किया जाता है। यह डिज़ाइन इस ट्र्रेस को एक मध्यम स्पेसर परत में बनाए गए सटीक एयर चैनल के ऊपर लटकाता है। इस विन्यास के कारण अधिकांश विद्युत क्षेत्र डाइइलेक्ट्रिक सामग्री के बजाय हवा में संचरित होता है। चूंकि FR-4 की तुलना में हवा का लॉस टेंजंट लगभग शून्य है, इसलिए यह व्यवस्था डाइइलेक्ट्रिक अपव्यय को काफी कम कर देती है।

सिग्नल लीकेज को रोकने के लिए, एयर वॉइड को निचली बेस परत में एम्बेड किए गए ग्राउंडेड विया के एक ऊर्ध्वाधर सरणी द्वारा घेर दिया जाता है। ये विया एक इलेक्ट्रोस्टेटिक पिंजरे की तरह कार्य करते हैं। वे फ्रिंगिंग फील्ड्स को कैप्चर कर लेते हैं जो अन्यथा हानिकारक सबस्ट्रेट में प्रवेश कर सकते थे। 0.5 से 2.5 GHz स्पेक्ट्रम में व्यापक फुल-वेव सिमुलेशन और प्रायोगिक पुष्टि ने महत्वपूर्ण जानकारी दी है। एक अनुकूलित तीन-पंक्ति वाला विया विन्यास डाइइलेक्ट्रिक नियंत्रण और कंडक्टर लॉस के बीच आदर्श संतुलन स्थापित करता है। परिणाम प्रभावशाली हैं। AVIS टोपोलॉजी 1 GHz पर लगभग 125 का अनलोडेड क्वालिटी फैक्टर (Q) प्राप्त करती है। यह संख्या प्रीमियम रोजरस RO4003C सबस्ट्रेट्स के बराबर है। यह मानक अशिल्ड FR-4 माइक्रोस्ट्रिप्स से लगभग तीन गुना अधिक है।

यह प्रदर्शन में उछाल सीधे आर्थिक लाभ में बदलता है। विशेष माइक्रोवेव लेमिनेट्स की लागत मानक FR-4 से दस गुना अधिक हो सकती है। AVIS डिज़ाइन परिपक्व और बड़े पैमाने पर PCB निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करता है। इसे विदेशी सामग्रियों या पोस्ट-फैब्रिकेशन पॉलिशिंग की आवश्यकता नहीं होती है। यह समाधान मानक ड्रिल व्यास और ढील वाले पिच अंतरालों पर निर्भर करता है जो पारंपरिक निर्माण सहनशीलता के अनुरूप हैं। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, 5G बुनियादी ढांचे और IoT डिवाइसों के लिए, यह तकनीक उच्च-गुणवत्ता वाली RF प्रदर्शन और औद्योगिक-मानक आर्थिकता के बीच की खाई को पाटती है। यह साबित करती है कि उच्च गुणवत्ता वाले सिग्नल इंटीग्रिटी के लिए महंगा भुगतान करने की जरूरत नहीं है।