Padroneggiare i PCB RF e a Microonde: Una Guida Completa per Ingegneri

Parole chiave: RF PCB

I circuiti stampati RF stanno diventando un interessante e rapidamente sviluppato segmento di nicchia del mercato dell'industria di produzione di PCB. Sono anche notevolmente diversificati ed è facile perdersi per alcune ore cercando di decidere quale opzione di realtà aumentata perseguire. Gli ingegneri sono felici di discutere le decisioni per ogni fase di fabbricazione/assemblaggio o i vincoli, le insidie e le possibilità nel processo di costruzione del vostro circuito stampato RF.

Cos'è un Circuito Stampato RF?

Secondo gli standard del settore dei PCB, un circuito stampato RF è definito come qualsiasi PCB ad alta frequenza che opera al di sopra dei 100 MHz.

Per la classe di radiofrequenza in cui la velocità supera i 2 GHz, parliamo di PCB a microonde.

Cos'è un PCB a Microonde?

La distinzione principale tra i circuiti stampati RF e i PCB a microonde risiede nella frequenza radio entro la quale funzionano. I PCB a microonde sono qualsiasi circuito stampato RF che opera oltre i 2GHz. I circuiti stampati RF e i PCB a microonde sono ampiamente utilizzati per i segnali di comunicazione in qualsiasi sistema che necessiti della ricezione e trasmissione di segnali radio.

Circuito Stampato a Microonde e Circuiti a Radiofrequenza:

Difficoltà Tipiche e Loro Rimedi

Ad esempio, i circuiti stampati RF e i PCB a microonde sono molto più impegnativi da progettare rispetto al normale layout dei PCB. Ciò è dovuto a problemi sinonomi che potrebbero verificarsi nella ricezione o trasmissione dei segnali radio. Alcune delle questioni più significative riguardano la sensibilità al rumore e tolleranze di impedenza più strette.

I segnali radio e microonde sono molto più sensibili al rumore rispetto ai normali circuiti stampati e, allo stesso tempo, hanno tolleranze di impedenza molto più stringenti. Tuttavia, questi problemi possono essere risolti con l'aiuto di piani di massa e presentando un generoso raggio di curvatura nelle tracce a impedenza controllata. Queste soluzioni alla fine aiuteranno il PCB RF/Microonde a realizzare le sue migliori prestazioni.

Applicazioni delle Schede RF

Le schede RF hanno prospettive di applicazione molto versatili in campi come le tecnologie wireless, le comunicazioni, gli smartphone, i sensori, la robotica e la sicurezza. Le schede RF sono ora molto richieste, soprattutto considerando che oggi nell'elettronica stanno emergendo nuove innovazioni per affrontare e soddisfare le esigenze del cliente.

Selezionare un produttore qualificato di PCB RF è importante per garantire che le schede siano prodotte secondo specifiche accurate e nei tempi giusti. Parlando della reputazione della nostra azienda – è praticamente impeccabile. L'azienda vanta il fatto di essere in grado di fornire il layout per alcuni dei concetti più impegnativi di oggi.

MATERIALI RF PER APPLICAZIONE

Siamo anche in grado di assistere in ogni aspetto dei costi della scheda, fino a raccomandazioni di produzione per una scheda elegante da cinquanta strati.

Non è affatto facile produrre PCB RF, ma non c'è magia coinvolta nel processo.

A tal fine, ecco diversi fattori che gli ingegneri devono prendere in considerazione se devono intraprendere un progetto di produzione RF:

Sebbene parametri come la costante dielettrica possano essere considerati numeri costanti per la maggior parte degli usi al di fuori dell'RF, sono molto più variabili in quei forti intervalli di frequenza.

La gestione del calore all'interno della scheda è importante a causa degli estremi carichi termici che un assemblaggio PCB impone sulla scheda. Durante l'operazione di perforazione, la conduttanza o resistenza termica del materiale è cruciale per l'orientamento da strato a strato degli stack multistrato.

Anche le distanze tra le caratteristiche saranno cruciali poiché le schede RF possono essere molto sensibili e interferire con le caratteristiche vicine.

Determinare il materiale giusto da utilizzare in base all'applicazione prevista e al costo è quindi importante poiché la maggior parte delle altre sfide deriverà da questa decisione.

Nella selezione del materiale per PCB RF, alcune proprietà essenziali devono essere sempre considerate.

Scegliere il materiale giusto può compensare l'intero processo di produzione della scheda RF, poiché è senza dubbio la decisione più importante.

La Costante Dielettrica, una Caratterizzazione Dinamica

La costante dielettrica di un materiale è definita come il rapporto tra l'energia immagazzinata nel materiale posto in un campo elettrico e l'energia immagazzinata nel vuoto per la stessa intensità di campo.

Dipende dalla direzione, pertanto questa costante dielettrica differisce dall'altra in base agli assi del materiale.

La prima viene misurata utilizzando il Coefficiente di Espansione Termica.

Il coefficiente di espansione termica (CTE) è la misura di quanto cambia la dimensione di un pezzo per una data variazione di temperatura. È anche un metodo per quantificare la resilienza termica. Svolge un ruolo importante nel processo di perforazione e assemblaggio nella produzione di PCB.

Proprio come in uno stack multistrato, i materiali elettronici che possono avere CTE diversi cambieranno la loro forma in modo diverso. Il problema dell'allineamento diventa una preoccupazione molto grande durante il processo di perforazione quando lo strato superiore cresce più velocemente di quello inferiore.

Il PTFE, facilmente uno dei materiali RF di massima qualità più utilizzati, può sbavarsi durante la perforazione se si surriscalda e ciò non può essere cancellato. Nella fase di integrazione funzionale in cui i componenti vengono saldati, il CTE determina come esso resisterà allo stress da espansione termica della saldatura. Un CTE scarso può portare alla rottura della scheda nella fase finale, il che è molto costoso per l'azienda.

Per affrontare questi problemi, un materiale con un CTE inferiore sarà più resistente durante la perforazione e l'assemblaggio.

Tangente di Perdita

La Tangente di Perdita, come la costante dielettrica dinamica, è uno di quegli effetti complessi che compaiono in RF ma non sono realmente dannosi nei progetti a frequenza più bassa. È il risultato della struttura molecolare del materiale, il tessuto del vero e proprio capo d'abbigliamento.

Di conseguenza, il segnale viene disperso, assorbito e dissipato in calore quando la frequenza aumenta. Un punto piuttosto importante è che in un circuito analogico si verifica una perdita di ampiezza.

Mentre in schede multistrato complesse la formazione dei componenti può diventare piuttosto compatta e il calore extra prodotto durante il funzionamento è un fattore da prendere in considerazione.

Spaziatura

Per quanto riguarda la pulizia, la spaziatura può essere un po' un problema nelle applicazioni RF a causa del diafonia e di ciò che viene chiamato effetto pelle.

Il diafonia è una situazione in cui l'altezza della scheda inizia a interagire, ad esempio, i segnali si accoppiano o interferiscono con parti vicine e si verifica un accoppiamento indesiderato. L'effetto pelle è una situazione in cui la resistenza di una traccia inizia ad aumentare, risultando in perdite di tipo resistivo, che generano calore in un circuito. È proporzionale a fattori come larghezza e lunghezza della traccia, e il problema si intensifica con l'aumentare delle frequenze.

Le distanze minime di sicurezza variano in modi diversi. Se hai bisogno di risposte su qualsiasi questione di spaziatura minima o altre linee guida per la progettazione di PCB RF, contatta SFC oggi stesso.

Assorbimento di Umidità

Un altro fattore da considerare è il contesto in cui il tuo dispositivo funzionerà. Se la scheda finirà in un laboratorio con un ambiente a controllo d'aria, l'assorbimento di umidità potrebbe non preoccuparti con questo materiale. Tuttavia, se la scheda deve essere installata all'aperto, o in un clima piovoso o potrebbe probabilmente entrare e uscire dall'acqua per brevi periodi senza una pianificazione preventiva, allora l'ingresso di umidità assume un'importanza maggiore.

Costo vs. Prestazioni

Alcuni tipi di materiali possiedono caratteristiche notevoli. Le loro costanti dielettriche e i coefficienti di dilatazione termica proposti sono stati specificamente progettati per adattarsi alla vostra applicazione. Purtroppo, tali materiali sono tipicamente costosi. Tuttavia, è difficile trovare un buon equilibrio tra costo, prestazioni elettriche e caratteristiche termiche; ma certamente non impossibile.