Dominando PCB de RF e Micro-ondas: Um Guia Abrangente para Engenheiros

Palavras-chave: RF PCB

As placas de circuito impresso de RF estão a tornar-se um nicho de mercado interessante e em rápido desenvolvimento na indústria de fabrico de PCB. São também notavelmente diversificadas, e é fácil perder-se durante horas a tentar decidir qual a opção de realidade aumentada a seguir. Os engenheiros têm todo o prazer em discutir as decisões para cada fase de fabrico/montagem ou as restrições, armadilhas e possibilidades no processo de construção da sua placa de circuito impresso de RF.

O que é uma Placa de Circuito de RF?

Pelos padrões da indústria de PCB, uma placa de circuito de RF é definida como qualquer PCB de alta frequência que funcione acima de 100 MHz.

Para a classe de radiofrequência onde a taxa é superior a 2 GHz, estamos a falar de PCB de Micro-ondas.

O que é uma PCB de Micro-ondas?

A principal distinção entre as placas de circuito de RF e as PCBs de Micro-ondas está na frequência de rádio dentro da qual funcionam. As PCBs de Micro-ondas são qualquer placa de circuito de RF que opere além dos 2GHz. As placas de circuito de RF e as PCBs de Micro-ondas são amplamente utilizadas com sinais de comunicação em qualquer sistema que necessite de receção e transmissão de sinais de rádio.

Placa de Circuito Impresso de Micro-ondas e Circuitos de Radiofrequência:

Dificuldades Típicas e os Seus Remédios

Por exemplo, as placas de circuito de RF e as PCBs de Micro-ondas são muito mais desafiadoras de projetar do que o layout normal de PCBs. Isto tendo em vista problemas sinónimos que podem ocorrer na receção ou transmissão dos sinais de rádio. Várias das questões mais significativas são questões de sensibilidade ao ruído e tolerâncias de impedância mais apertadas.

Os sinais de rádio e micro-ondas são muito mais sensíveis ao ruído do que as placas de circuito comuns e, ao mesmo tempo, têm tolerâncias de impedância muito mais rigorosas. No entanto, estes problemas podem ser resolvidos com a ajuda de planos de terra e apresentando um raio de curvatura generoso nos traços com impedância controlada. Estas soluções ajudarão, no final, a PCB de RF/Micro-ondas a atingir o seu melhor desempenho.

Aplicações de Placas de RF

As placas de RF têm perspetivas de aplicação muito versáteis em áreas como tecnologias sem fios, comunicações, smartphones, sensores, robótica e segurança. As placas de RF estão agora em alta procura, especialmente tendo em conta que novas inovações estão a surgir na eletrónica atual para abordar e satisfazer as necessidades do cliente.

Selecionar um fabricante de PCB de RF qualificado é importante para garantir que as placas são fabricadas de acordo com especificações precisas e dentro do prazo certo. Falando da reputação da nossa empresa – é praticamente imaculada. A empresa orgulha-se do facto de sermos capazes de fornecer o layout de alguns dos conceitos mais desafiadores da atualidade.

MATERIAIS DE RF POR APLICAÇÃO

Também somos capazes de auxiliar em todos os aspetos dos custos da placa, até recomendações de fabrico para uma placa elegante de cinquenta camadas.

Não é de todo fácil fabricar PCB de RF, mas não há magia envolvida no processo.

Para este fim, seguem-se vários fatores que os engenheiros precisam de ter em consideração se tiverem de empreender um projeto de fabrico de RF:

Embora parâmetros como a constante dielétrica possam ser considerados como números constantes para a maioria dos usos fora do RF, eles são muito mais variáveis nessas faixas fortes de frequência.

A gestão do calor dentro da placa é importante devido às cargas térmicas extremas que uma montagem de PCB coloca na placa. Durante a operação de perfuração, a condutância ou resistência térmica do material é crucial para a orientação camada-a-camada de empilhamentos multicamada.

As distâncias entre os elementos também serão cruciais, pois as placas de RF podem ser muito sensíveis e interferir com os elementos próximos.

Determinar o material certo a utilizar, dependendo da aplicação pretendida e do custo, é, portanto, importante, uma vez que a maioria dos restantes desafios surgirá desta decisão.

Ao selecionar material para PCBs de RF, certas propriedades essenciais devem ser sempre consideradas.

Selecionar o material correto pode compensar todo o processo de fabricação da placa de RF, pois é indiscutivelmente a decisão mais importante tomada.

A Constante Dielétrica, uma Caracterização Dinâmica

A constante dielétrica de um material é definida como a razão entre a energia armazenada no material colocado em um campo elétrico e a energia armazenada no vácuo para a mesma intensidade de campo.

Ela depende da direção, portanto, esta constante dielétrica difere da outra com base nos eixos do material.

A primeira é medida com o uso do Coeficiente de Expansão Térmica.

O coeficiente de expansão térmica (CET) é a medida de quanto o tamanho de uma peça muda para uma determinada variação de temperatura. É também um método para quantificar a resiliência térmica. Ele desempenha um papel importante no processo de perfuração e montagem na fabricação de PCBs.

Assim como em uma pilha multicamada, os materiais eletrônicos que podem ter CETs diferentes vão mudar sua forma de maneira distinta. A questão do alinhamento torna-se uma grande preocupação durante o processo de perfuração quando a camada superior cresce mais rápido do que a camada inferior.

O PTFE, facilmente um dos materiais de RF de mais alta qualidade e amplamente utilizado, pode manchar na perfuração se aquecer e isso não pode ser apagado. Na fase de integração funcional, onde os componentes estão sendo soldados, o CET determina como ele lidará com o estresse de expansão térmica da soldagem. Um CET ruim pode resultar em uma placa quebrada na fase final, o que é muito custoso para a empresa.

Para resolver essas questões, um material que tenha um CET mais baixo será mais resistente quando se trata de perfuração e montagem.

Tangente de Perda

A Tangente de Perda, assim como a constante dielétrica dinâmica, é um daqueles efeitos difíceis que aparecem em RF, mas não são realmente prejudiciais em projetos de baixa frequência. É o resultado da estrutura molecular do material, o tecido da peça de roupa real.

Como resultado, o sinal é disperso, absorvido e queimado na forma de calor quando a frequência aumenta. Um ponto bastante importante é que, em um circuito analógico, ocorre perda de amplitude.

Embora em placas multicamadas complexas a formação de componentes possa ficar bastante compacta, e o calor extra produzido durante a operação é um fator a ser considerado.

Espaçamento

No que diz respeito à limpeza, o espaçamento pode ser um pequeno problema em aplicações de RF devido ao crosstalk e ao que é chamado de efeito pelicular.

Crosstalk é uma situação em que a altura da placa começa a interagir entre si, por exemplo, sinais são acoplados ou interferem em partes próximas e ocorre acoplamento indesejado. O efeito pelicular é uma situação na qual a resistência de um traço começa a aumentar, resultando em perdas do tipo resistivo, que geram calor em um circuito. É proporcional a fatores como largura e comprimento do traço, e o problema se intensifica à medida que as frequências aumentam.

As distâncias mínimas seguras variam de diferentes maneiras. Se você precisa de respostas para qualquer questão de espaçamento mínimo ou outras diretrizes de projeto de PCB de RF, entre em contato com a SFC hoje.

Absorção de Umidade

Outro fator a considerar é o contexto em que seu dispositivo funcionará. Se a placa ficará em um laboratório com ambiente controlado por ar, a absorção de umidade pode não ser uma preocupação com este material. No entanto, se a placa for instalada ao ar livre, em um clima chuvoso ou provavelmente entrará e sairá da água por curtos períodos sem planejamento prévio, então a entrada de umidade ganha maior importância.

Custo vs. Desempenho

Certos tipos de materiais possuem características notáveis. Suas constantes dielétricas e CTEs propostas foram especificamente projetadas para se adequar à sua aplicação. Infelizmente, tais materiais são tipicamente custosos. No entanto, é desafiador encontrar um bom equilíbrio entre custo, desempenho elétrico e características térmicas; mas certamente não é impossível.