Laminados de Alta Frequência Explicados: Principais Avanços em PCBs de RF ou Micro-ondas

Palavras-chave: Placa de Circuito Impresso de RF Micro-ondas

Esta é a razão pela qual, ao longo dos últimos anos, tivemos que investir em Placas de Circuito Impresso de Micro-ondas e RF para expandir nossas capacidades de fabricação e nos tornarmos um produtor global de laminados de alta frequência. As placas de circuito impresso de RF e micro-ondas possuem elementos que transmitem sinais de RF ou micro-ondas.

De modo geral, essas aplicações exigem laminados que possuem perfis de desempenho elétrico, térmico, mecânico ou outros que vão além das simples características padrão do FR-4. Devido à nossa vasta experiência na fabricação de laminados de micro-ondas à base de PTFE, sabemos que a maioria das aplicações exige alta confiabilidade e baixa tolerância.

A placa de circuito impresso híbrida é uma categoria especial de PCBs de RF e micro-ondas que utilizam tanto FR-4 quanto PTFE ou qualquer outro material dentro da empilhamento.

Estoque de Material para PCB

Considerando todas as diferentes características de cada aplicação de PCB de RF, formamos relações estratégicas com os principais fornecedores de materiais, como Rogers, Arlon, Nelco, Taconic e muitos outros. A maior parte do estoque é especializada; no entanto, temos um estoque bastante bom de produtos em nossos armazéns da Rogers (séries 4003 e 4350), Arlon, etc. Poucas organizações estão dispostas a fazer isso porque o custo de manter inventário para permitir uma resposta rápida geralmente é muito alto.

Os laminados de alta frequência usados para fabricar placas de circuito de alta tecnologia tornam o processo de projeto dessas placas complicado devido à sensibilidade dos sinais e aos problemas relacionados à transferência de calor na maioria das aplicações. Os materiais de PCB de alta frequência ideais apresentam baixa condutividade térmica em comparação com o material FR-4 incorporado nas PCBs convencionais.

Os sinais de RF e micro-ondas são extremamente sensíveis a ruídos e têm requisitos de impedância mais altos do que as placas de circuito digitais convencionais. Os planos de terra e um raio de curvatura generoso nos traços com impedância controlada devem ser empregados para que o projeto opere da melhor maneira possível. Quase todos os montadores e fabricantes de PCB atualmente oferecem PCBs padrão utilizados em muitos produtos eletrônicos. Mas nem todos podem ter a capacidade de preparar PCBs de RF e micro-ondas. O interesse crescente em dispositivos eletrônicos e novos desenvolvimentos contribuíram para um progresso extensivo nessas PCBs.

Como o comprimento de onda de um circuito depende de sua frequência e do material, os materiais de PCB de RF micro-ondas com valores de constante dielétrica (Dk) mais altos podem levar às menores PCBs, pois projetos de circuitos miniaturizados para impedância específica e certas faixas de frequência podem ser usados. Na maioria dos casos, para obter um Dk mais alto, laminados com Dk de 6 ou mais são usados em conjunto com materiais FR-4 de menor custo em estruturas multicamadas.

Conhecer o CTE, a constante dielétrica, o coeficiente térmico, o TCDK, o DF e até mesmo itens como a permissividade relativa e a tangente de perda dos materiais de PCB disponíveis ajudará o projetista de PCB de RF a desenvolver um projeto que atenda e possivelmente supere as características desejadas.

Antes das decisões finais sobre o tipo de substratos a serem usados, certos outros fatores precisam ser decididos, e alguns deles incluem a largura de linha para uma variedade de espessuras da placa, que pode ser deixada para determinação final após a frequência de trabalho do circuito ter sido estabelecida, bem como as dimensões aproximadas dos componentes principais.

Diferentes tipos de materiais para PCB de RF são:

Politetrafluoretileno (PTFE) reforçado com cerâmica, que demonstra grande estabilidade elétrica e mecânica. Os materiais para circuitos da série Rogers RO3000 possuem boas propriedades mecânicas e não há alteração na constante dielétrica (Dk), o que significa que projetos de placas multicamadas que empregam materiais com diferentes constantes dielétricas não sofrerão com empenamento ou problemas de confiabilidade. A série de produtos Taconic RF possui baixo fator de dissipação e alta condutividade térmica possível, portanto não oxidará, amarelará ou apresentará deriva ascendente na constante dielétrica e no fator de dissipação como seus concorrentes baseados em hidrocarbonetos.

Material para placas de circuito Megtron 6 – Componente de ultrabaixa perda, altamente resistente ao calor e livre de halogênio. Alta TG e a taxa de expansão mínima do MEGTRON 6 baseado em resina de hidrocarboneto – tornam-no o material escolhido para Interconexão de Alta Densidade (HDI) e alta velocidade (acima de 3 GHz).

Laminados de PTFE reforçados com vidro tecido são feitos de fibra de vidro tecida muito leve e são ainda mais dimensionalmente estáveis do que os compósitos de PTFE reforçados com fibra picada. O fator de dissipação ou fator de perda é justamente baixo em tais materiais, como a família de materiais Taconic TL; portanto, é ideal para aplicações de radar projetadas para 77 GHz e outras antenas em frequências de ondas milimétricas.

Laminados cerâmicos de hidrocarbonetos são usados em projetos de frequência de micro-ondas e ondas milimétricas, pois este material de baixa perda facilita o uso mais fácil na fabricação de circuitos e propriedades simplificadas em comparação com outros materiais de PTFE. A série de produtos Rogers RO4000 está disponível em uma ampla gama de constantes dielétricas (2,55-6,15) e possui condutividade térmica média a alta (0,6-0,8).

Existem laminados de PTFE preenchidos com vidro ou cerâmica, como os materiais para circuitos de alta frequência Rogers RT/duroid, que possuem baixa perda elétrica, baixa absorção de umidade e baixa liberação de gases, adequados para uso espacial.

Laminados de micro-ondas termofixos incorporam baixo TCDR, um coeficiente de expansão térmica compatível com o cobre e boa resistência mecânica. Os Rogers TMMs são laminados de alta frequência, especialmente adequados para circuitos de linha de fita e micro-fita de alta confiabilidade.

Equipamentos de Processamento Especializados

A maior parte do processamento de PCBs de micro-ondas/RF é semelhante ao do equipamento de fabricação padrão. No entanto, soluções de design da maior complexidade pressupõem o uso de equipamentos especializados. Investimos significativamente para termos internamente: Equipamento de Plasma Etch é usado para que a qualidade dos furos passantes seja alta, podendo assim suportar o requisito de perfuração da tecnologia avançada para atravessá-lo. No plasma etching, os furos passantes e outras superfícies do substrato serão gravados usando plasmas ou gases gravadores para dar espaço ao revestimento subsequente. Equipamento LDI contra as ferramentas de exposição fotográfica mais tradicionais, para que possamos alcançar larguras de trilha muito mais apertadas e registro frente e verso. Equipamento de perfuração a laser necessário para muitos dos diversos materiais, pois o corte mecânico deixará rebarba, tecido relaxado ou até mesmo mudará de cor devido ao calor. Isso também nos ajuda a garantir que forneçamos aos clientes microvias da melhor qualidade em cada pedido que nos fazem.

Procedimentos padrão de Montagem de PCB RF e Micro-ondas

Quase todos os montadores e fabricantes de PCB atualmente oferecem PCBs padrão implantados em muitos produtos eletrônicos. Mas nem todos podem possuir a capacidade de preparar PCBs de RF e micro-ondas. O interesse expandido em dispositivos eletrônicos e novos desenvolvimentos acrescentaram um progresso extensivo nessas PCBs. A seguir está uma lista de algumas das considerações importantes que são dadas ao fazer essas PCBs.

As placas de circuito impresso de RF e micro-ondas são fabricadas com o uso de materiais de qualidade, como FR4 de alta performance, hidrocarboneto preenchido com cerâmica, entre outros. Estes materiais são populares porque são bastante espessos e podem ser facilmente dobrados em diversas formas. Eles possuem uma especificação desejável de coeficiente de expansão térmica (CET). Estes materiais ajudam a fornecer uma estrutura de placa estável, cuja funcionalidade é aprimorada em condições extremas.

O material utilizado em PCBs de RF e micro-ondas deve garantir o desempenho da placa em todos os tipos de condições adversas.

Materiais HT significam que altas contagens de camadas são viáveis, incluindo geometrias muito finas e padrões detalhados.

Equipamentos a laser também são incorporados nessas placas para imagem, além de serem usados na aquisição de largura de rastreamento estreita.