Dominio de las PCB de RF y Microondas: Una Guía Integral para Ingenieros

Palabras clave: RF PCB

Las placas de circuito impreso de RF se están convirtiendo en un segmento de nicho interesante y de rápido desarrollo dentro de la industria de fabricación de PCB. También son notablemente diversas y es fácil perderse durante horas intentando decidir qué opción de realidad aumentada seguir. Los ingenieros están dispuestos a discutir las decisiones para cada fase de fabricación/ensamblaje o las limitaciones, dificultades y posibilidades en el proceso de construcción de su placa de circuito impreso de RF.

¿Qué es una placa de circuito de RF?

Según los estándares de la industria de PCB, una placa de circuito de RF se define como cualquier PCB de alta frecuencia que funciona por encima de los 100 MHz.

Para la clase de frecuencia de radio donde la tasa supera los 2 GHz, estamos hablando de un PCB de microondas.

¿Qué es un PCB de microondas?

La distinción principal entre las placas de circuito de RF y los PCB de microondas está en la frecuencia de radio dentro de la cual funcionan. Estos PCB de microondas son cualquier placa de circuito de RF que opera más allá de 2 GHz. Las placas de circuito de RF y los PCB de microondas se utilizan ampliamente con señales de comunicación en cualquier sistema que necesite recepción y transmisión de señales de radio.

Placa de circuito impreso de microondas y circuitos de radiofrecuencia:

Dificultades típicas y sus remedios

Por ejemplo, las placas de circuito de RF y los PCB de microondas son mucho más difíciles de diseñar que el diseño normal de PCB. Esto es en vista de problemas sinónimos que podrían ocurrir en la recepción o transmisión de las señales de radio. Varios de los problemas más significativos son cuestiones de sensibilidad al ruido y tolerancias de impedancia más estrictas.

Las señales de radio y microondas son mucho más sensibles al ruido que las placas de circuito ordinarias, y al mismo tiempo tienen tolerancias mucho más estrictas para la impedancia. Además, estos problemas pueden resolverse con la ayuda de planos de tierra y presentando un radio de curvatura generoso en las trazas con impedancia controlada. Estas soluciones ayudarán en última instancia a que la PCB de RF/Microondas alcance su mejor rendimiento.

Aplicaciones de las placas de RF

Las placas de RF tienen perspectivas de aplicación muy versátiles en campos como las tecnologías inalámbricas, la comunicación, los teléfonos inteligentes, los sensores, la robótica y la seguridad. Las placas de RF están en demanda ahora, especialmente dado que hoy en día están surgiendo nuevas innovaciones en electrónica para abordar y satisfacer las necesidades del cliente.

Seleccionar un fabricante calificado de PCB de RF es importante para garantizar que las placas se fabriquen según especificaciones precisas y dentro del tiempo adecuado. Hablando de la reputación de nuestra empresa, es prácticamente impecable. La empresa se enorgullece del hecho de que podemos proporcionar el diseño de algunos de los conceptos más desafiantes de la actualidad.

MATERIALES DE RF POR APLICACIÓN

También podemos ayudar con todos los aspectos de los costos de la placa, hasta las recomendaciones de fabricación para una placa elegante de cincuenta capas.

No es nada fácil fabricar PCB de RF, pero no hay magia involucrada en el proceso.

Con este fin, los siguientes son varios factores que los ingenieros deben tener en cuenta si tienen que emprender un proyecto de fabricación de RF:

Aunque parámetros como la constante dieléctrica pueden considerarse números constantes para la mayoría de los usos fuera de RF, son mucho más variables en esos rangos fuertes de frecuencia.

La gestión del calor dentro de la placa es importante debido a las cargas térmicas extremas que un ensamblaje de PCB ejerce sobre la placa. Durante la operación de perforación, la conductancia o resistencia térmica del material es crucial para la orientación de capa a capa de las pilas multicapa.

Las distancias entre las características también serán cruciales, ya que las placas de RF pueden ser muy sensibles e interferir con las características cercanas.

Determinar el material correcto para usar según la aplicación prevista y el costo es, por lo tanto, importante, ya que la mayoría del resto de los desafíos surgirán de esta decisión.

Al seleccionar material para PCB de RF, siempre deben considerarse ciertas propiedades esenciales.

Seleccionar el material adecuado puede compensar todo el proceso de fabricación de la placa de RF, ya que posiblemente es la decisión más importante que se toma.

La Constante Dieléctrica, una Caracterización Dinámica

La constante dieléctrica de un material se define como la relación entre la energía almacenada en el material colocado en un campo eléctrico y la energía almacenada en el vacío para esa misma intensidad de campo.

Depende de la dirección, por lo tanto esta constante dieléctrica difiere de otra según los ejes del material.

La primera se mide utilizando el Coeficiente de Expansión Térmica.

El coeficiente de expansión térmica (CTE) es la medida de cómo cambia el tamaño de una pieza ante un cambio dado de temperatura. También es un método para cuantificar la resiliencia térmica. Juega un papel importante en los procesos de perforación y ensamblaje en la fabricación de PCB.

Así como en una pila multicapa, los materiales electrónicos que pueden tener diferentes CTE van a cambiar su forma de manera distinta. El problema de la alineación se convierte en una gran preocupación durante el proceso de perforación cuando la capa superior crece más rápido que la inferior.

El PTFE, fácilmente uno de los materiales de RF de más alta calidad que se usa ampliamente, puede mancharse al perforar si se calienta y eso no se puede borrar. En la fase de integración funcional donde se sueldan los componentes, el CTE determina cómo afrontará el estrés por expansión térmica de la soldadura. Un CTE deficiente puede resultar en una placa rota en la etapa final, lo cual es muy costoso para la empresa.

Para abordar estos problemas, un material que tenga un CTE más bajo será más resistente en lo que respecta a perforación y ensamblaje.

Pérdida Dieléctrica (Tangente de Pérdida)

La Tangente de Pérdida, como la constante dieléctrica dinámica, es uno de esos efectos difíciles que aparece en RF pero no es realmente perjudicial en diseños de baja frecuencia. Es el resultado de la estructura molecular del material, la tela de la prenda real.

Como resultado, la señal se dispersa, absorbe y quema en forma de calor cuando la frecuencia aumenta. Un punto bastante importante es que en un circuito analógico, se produce una pérdida de amplitud.

Mientras que en placas multicapa complejas, los componentes pueden volverse bastante compactos y el calor extra producido durante la operación es un factor a tener en cuenta.

Espaciado

En lo que respecta a la limpieza, el espaciado puede ser un pequeño problema en aplicaciones de RF debido a la diafonía y al llamado efecto piel.

La diafonía es una situación en la que las alturas de la placa comienzan a interactuar entre sí; por ejemplo, las señales se acoplan o interfieren con partes cercanas y se produce un acoplamiento no deseado. El efecto piel es una situación en la que la resistencia de una traza comienza a aumentar, resultando en pérdidas de tipo resistivo, que generan calor en un circuito. Es proporcional a factores como el ancho y la longitud de la traza, y el problema se intensifica a medida que aumentan las frecuencias.

Las distancias mínimas seguras varían de diferentes maneras. Si necesita respuestas a cualquier pregunta sobre espaciado mínimo u otras pautas de diseño de PCB de RF, contacte a SFC hoy.

Absorción de Humedad

Otro factor a considerar es el contexto en el que funcionará su dispositivo. Si la placa terminará en un laboratorio con un ambiente controlado por aire, la absorción de humedad puede no preocuparle con este material. Sin embargo, si la placa se va a instalar en el exterior, en un clima lluvioso o es probable que entre y salga del agua por períodos cortos sin planificación previa, entonces la entrada de humedad adquiere mayor importancia.

Costo vs. Rendimiento

Ciertos tipos de materiales poseen características notables. Sus constantes dieléctricas y CTE propuestas han sido específicamente diseñadas para adaptarse a su aplicación. Desafortunadamente, estos materiales suelen ser costosos. Sin embargo, es un desafío encontrar un buen equilibrio entre el costo, el rendimiento eléctrico y las características térmicas; pero ciertamente no es inalcanzable.