Laminados de Alta Frecuencia Explicados: Avances Clave en PCBs de RF o Microondas

Palabras clave: PCB de Microondas RF

Esta es la razón por la cual, durante los últimos años, hemos tenido que invertir en placas de circuito impreso de Microondas y RF para poder expandir nuestras capacidades de fabricación y convertirnos en un productor global de laminados de alta frecuencia. Los PCB de RF y microondas tienen elementos que transmiten señales de RF o microondas.

En general, estas aplicaciones requieren laminados que tienen perfiles eléctricos, térmicos, mecánicos u otros que van más allá de las simples características estándar del FR-4. Debido a nuestra amplia experiencia en la fabricación de laminados de microondas basados en PTFE, sabemos que la mayoría de las aplicaciones exigen alta fiabilidad así como baja tolerancia.

El PCB híbrido es la categoría especial de PCB de RF y microondas que utilizan tanto FR-4 como PTFE o cualquier otro material dentro de la estructura apilada.

Stock de Materiales para PCB

Con todas las diferentes características de cada aplicación de PCB RF, hemos formado relaciones estratégicas con los principales proveedores de materiales como Rogers, Arlon, Nelco, Taconic y muchos otros. Sin embargo, la mayoría de los stocks son especializados; tenemos un inventario bastante bueno de productos en nuestros almacenes de Rogers (series 4003 y 4350), Arlon, etc. Pocas organizaciones están dispuestas a hacerlo porque el costo de mantener inventario para permitir una respuesta rápida suele ser muy elevado.

Los laminados de alta frecuencia utilizados para fabricar placas de circuito de alta tecnología hacen que el proceso de diseño de dichas placas sea complicado debido a la sensibilidad de las señales y a los problemas relacionados con la transferencia de calor en la mayoría de las aplicaciones. Los materiales óptimos para PCB de alta frecuencia muestran una baja conductividad térmica en comparación con el material FR-4 incorporado en los PCB convencionales.

Las señales de RF y microondas son extremadamente sensibles al ruido y tienen requisitos de impedancia más altos que las placas de circuito digital convencionales. Se deben emplear planos de tierra y radios de curvatura generosos en las trazas con impedancia controlada para que el diseño funcione de la mejor manera posible. Casi todos los ensambladores y fabricantes de PCB ofrecen actualmente PCB estándar utilizados en muchos productos electrónicos. Pero es posible que no todos tengan la capacidad de preparar PCB de RF y microondas. El creciente interés en los dispositivos electrónicos y los nuevos desarrollos han contribuido a un extenso progreso en estos PCB.

Dado que la longitud de onda de un circuito depende de su frecuencia y del material, los materiales de PCB de microondas RF con valores de constante dieléctrica (Dk) más altos pueden conducir a PCB más pequeños, ya que se pueden utilizar diseños de circuitos miniaturizados para impedancias específicas y ciertos rangos de frecuencia. En la mayoría de los casos, para obtener un Dk más alto, se utilizan laminados con Dk de 6 o más en conjunto con materiales FR-4 de menor costo en estructuras multicapa.

Conocer el CTE, la constante dieléctrica, el coeficiente térmico, TCDK, DF, e incluso elementos como la permitividad relativa y la tangente de pérdida de los materiales de PCB disponibles ayudará al diseñador de PCB RF a desarrollar un diseño que cumpla y posiblemente supere las características deseadas.

Antes de tomar decisiones finales sobre el tipo de sustratos a utilizar, es necesario decidir otros factores, y algunos de ellos incluyen el ancho de línea para un rango de espesores de placa, que puede dejarse para determinación final una vez que se haya establecido la frecuencia de trabajo del circuito, así como las dimensiones aproximadas de los componentes principales.

Los diferentes tipos de materiales para PCB RF son:

Politetrafluoroetileno (PTFE) reforzado con cerámica, que demuestra una gran estabilidad eléctrica y mecánica. Los materiales de circuito de la serie Rogers RO3000 tienen buenas propiedades mecánicas y no hay cambio en la constante dieléctrica (Dk), lo que significa que los diseños de placas multicapa que emplean materiales de diferente constante dieléctrica no sufrirán alabeo o problemas de fiabilidad. La serie de productos Taconic RF tiene un factor de disipación bajo y una alta conductividad térmica posible, por lo que no se oxidará, amarilleará ni mostrará una deriva ascendente en la constante dieléctrica y el factor de disipación como sus competidores basados en hidrocarburos.

Material de placa de circuito Megtron 6: componente de pérdida ultrabaja, altamente resistente al calor y libre de halógenos. La alta TG y la mínima tasa de expansión del MEGTRON 6 basado en resina de hidrocarburo lo convierten en el material elegido para Interconexión de Alta Densidad (HDI) y alta velocidad (por encima de 3 GHz).

Los laminados de PTFE reforzados con vidrio tejido están hechos de fibra de vidrio tejida muy ligera y son aún más dimensionalmente estables que los compuestos de PTFE reforzados con fibra cortada. El factor de disipación o de pérdida es correctamente bajo en materiales como la familia de materiales Taconic TL; por lo tanto, es ideal para aplicaciones de radar diseñadas para 77 GHz y otras antenas en frecuencias de ondas milimétricas.

Los laminados cerámicos de hidrocarburo se utilizan en diseños de frecuencia de microondas y ondas milimétricas, ya que este material de baja pérdida facilita un uso más sencillo en la fabricación de circuitos y propiedades optimizadas en comparación con otros materiales de PTFE. La serie de productos Rogers RO4000 está disponible en una amplia gama de constantes dieléctricas (2.55-6.15) y tiene una conductividad térmica de media a alta (.6-.8).

Existen laminados de PTFE rellenos de vidrio o cerámica, como los materiales de circuito de alta frecuencia Rogers RT/duroid, que poseen baja pérdida eléctrica, baja absorción de humedad y baja desgasificación, adecuados para uso espacial.

Los laminados termoestables para microondas incorporan un bajo TCDR, un coeficiente de expansión térmica emparejado con el cobre y una buena resistencia mecánica. Los Rogers TMM son laminados de alta frecuencia, especialmente adecuados para circuitos de línea de cinta y microcinta de alta fiabilidad.

Equipos de Procesamiento Especializados

La mayor parte del procesamiento de PCB de microondas/RF es similar al del equipo de fabricación estándar. Sin embargo, las soluciones de diseño de mayor complejidad presuponen el uso de equipos especializados. Hemos invertido significativamente para contar internamente con: Equipo de Grabado por Plasma, utilizado para que la calidad de los orificios pasantes sea alta y pueda soportar el requisito de taladrar la tecnología avanzada que los atraviesa. En el grabado por plasma, los orificios pasantes y otras superficies del sustrato se graban utilizando plasmas o gases grabadores para hacer espacio para el recubrimiento posterior. Equipo LDI frente a las herramientas de exposición fotográfica más tradicionales, para que podamos lograr anchos de traza mucho más ajustados y un registro frontal-posterior preciso. Equipo de taladrado láser requerido para muchos de los diversos materiales, ya que el corte mecánico dejará rebabas, tejido suelto o incluso cambiará de color debido al calor. Esto también nos ayuda a garantizar que proporcionamos a los clientes microvías de la mejor calidad en cada pedido que nos realizan.

Procedimientos estándar del ensamblaje de PCB RF y de Microondas

Casi todos los ensambladores y fabricantes de PCB ofrecen actualmente PCB estándar utilizados en muchos productos electrónicos. Pero no todos pueden poseer la capacidad para preparar PCB de RF y microondas. El creciente interés en los dispositivos electrónicos y los nuevos desarrollos han contribuido a un extenso progreso en estas PCB. La siguiente es una lista de algunas de las consideraciones importantes que se tienen en cuenta al fabricar estas PCB.

La PCB de RF y microondas se fabrica utilizando materiales de calidad como FR4 alto, hidrocarburo relleno de cerámica, entre otros. Estos materiales son populares porque son bastante gruesos y pueden doblarse fácilmente en numerosas formas. Tienen una especificación deseable de coeficiente de expansión térmica (CTE). Estos materiales ayudan a proporcionar una estructura de placa estable cuya funcionalidad se mejora en condiciones extremas.

El material utilizado en las PCB de RF y microondas debe garantizar el rendimiento de la placa en todo tipo de condiciones adversas.

Los materiales HT significan que es posible tener un alto número de capas, incluyendo geometrías muy finas y patrones detallados.

También se incorpora equipo láser en estas placas para imágenes, además de usarse en la adquisición de anchos de trazado estrechos.