Освоение ВЧ и СВЧ печатных плат: Полное руководство для инженеров

Ключевые слова: RF печатная плата

Радиочастотные печатные платы становятся интересным, быстроразвивающимся нишевым сегментом рынка в отрасли производства печатных плат. Они также чрезвычайно разнообразны, и легко можно потратить несколько часов, пытаясь определиться, какой вариант дополненной реальности выбрать. Инженеры с радостью обсудят решения для каждого этапа производства/монтажа, а также ограничения, подводные камни и возможности в процессе создания вашей RF печатной платы.

Что такое радиочастотная печатная плата?

По стандартам отрасли печатных плат, радиочастотной печатной платой считается любая высокочастотная печатная плата, работающая на частоте выше 100 МГц.

Для класса радиочастот, где скорость превышает 2 ГГц, мы говорим о микроволновой печатной плате.

Что такое микроволновая печатная плата?

Основное различие между радиочастотными печатными платами и микроволновыми печатными платами заключается в радиочастоте, в пределах которой они функционируют. Микроволновыми печатными платами являются любые радиочастотные печатные платы, работающие на частотах свыше 2 ГГц. Радиочастотные печатные платы и микроволновые печатные платы широко используются для сигналов связи в любой системе, требующей приема и передачи радиосигналов.

Микроволновая печатная плата и радиочастотные схемы:

Типичные трудности и их решения

Например, проектировать радиочастотные печатные платы и микроволновые печатные платы гораздо сложнее, чем обычные печатные платы. Это связано с типичными проблемами, которые могут возникнуть при приеме или передаче радиосигналов. Некоторые из наиболее значимых проблем касаются чувствительности к шуму и более жестких допусков по импедансу.

Радио- и микроволновые сигналы гораздо более чувствительны к шуму, чем обычные печатные платы, и в то же время имеют гораздо более строгие допуски по импедансу. Однако эти проблемы можно решить с помощью грамотных заземляющих слоев и использования плавных изгибов (с большим радиусом) для трасс с контролируемым импедансом. Эти решения в конечном итоге помогут RF/микроволновой печатной плате реализовать свои наилучшие характеристики.

Применение радиочастотных плат

Радиочастотные платы имеют очень широкие перспективы применения в таких областях, как беспроводные технологии, связь, смартфоны, датчики, робототехника и системы безопасности. Спрос на радиочастотные платы высок, особенно учитывая, что сегодня в электронике появляются новые инновации для решения и удовлетворения потребностей клиентов.

Выбор квалифицированного производителя RF печатных плат важен для обеспечения того, чтобы платы были изготовлены в точном соответствии со спецификациями и в нужные сроки. Говоря о репутации нашей компании – она практически безупречна. Компания гордится тем, что мы способны обеспечить проектирование некоторых из самых сложных современных концепций.

РАДИОЧАСТОТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

Мы также можем помочь на всех этапах, связанных со стоимостью платы, вплоть до рекомендаций по производству для создания гладкой, пятидесятислойной платы.

Изготовить RF печатную плату отнюдь не просто, но в этом процессе нет никакой магии.

В связи с этим, вот несколько факторов, которые инженерам необходимо учитывать, если они берутся за проект по производству RF-плат:

Хотя такие параметры, как диэлектрическая проницаемость, для большинства применений вне RF можно считать постоянными величинами, в этих мощных частотных диапазонах они гораздо более изменчивы.

Управление теплом внутри платы важно из-за экстремальных тепловых нагрузок, которые монтаж печатных плат оказывает на плату. Во время операции сверления теплопроводность или сопротивление материала имеют решающее значение для межслойной ориентации в многослойных стеках.

Расстояния между элементами также будут иметь решающее значение, поскольку RF-платы могут быть очень чувствительными и создавать помехи соседним элементам.

Определение правильного материала для использования в зависимости от целевого применения и стоимости, следовательно, важно, поскольку большинство остальных проблем будет проистекать именно из этого решения.

При выборе материала для РЧ печатных плат всегда необходимо учитывать определенные ключевые свойства.

Выбор правильного материала может компенсировать весь процесс изготовления РЧ платы, поскольку это, пожалуй, самое важное принимаемое решение.

Диэлектрическая проницаемость, динамическая характеристика

Диэлектрическая проницаемость материала определяется как отношение энергии, накопленной в материале, помещенном в электрическое поле, к энергии, накопленной в вакууме при той же напряженности поля.

Она зависит от направления, поэтому эта диэлектрическая проницаемость отличается от другой в зависимости от осей материала.

Первая измеряется с использованием коэффициента теплового расширения.

Коэффициент теплового расширения (КТР) — это мера того, как изменяется размер детали при заданном изменении температуры. Это также метод количественной оценки термостойкости. Он играет важную роль в процессе сверления и сборки при производстве печатных плат.

Так же, как в многослойной структуре, электронные материалы, которые могут иметь разные КТР, будут изменять свою форму по-разному. Проблема совмещения становится очень серьезной во время процесса сверления, когда верхний слой растет быстрее, чем нижний.

ПТФЭ, безусловно, один из самых высококачественных РЧ материалов, широко используемых, может "замазываться" при сверлении, если нагреется, и это нельзя устранить. На этапе функциональной интеграции, когда компоненты припаиваются, КТР определяет, как материал справится с напряжением от теплового расширения при пайке. Плохой КТР может привести к поломке платы на финальной стадии, что очень затратно для компании.

Для решения этих проблем материал с более низким КТР будет прочнее в отношении сверления и сборки.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Тангенс угла диэлектрических потерь, как и динамическая диэлектрическая проницаемость, является одним из тех сложных эффектов, которые проявляются в РЧ, но не столь пагубны в низкочастотных конструкциях. Это результат молекулярной структуры материала, "ткани" самой детали.

В результате сигнал рассеивается, поглощается и превращается в тепло при увеличении частоты. Довольно важный момент заключается в том, что в аналоговой схеме происходит потеря амплитуды.

В то время как в сложных многослойных платах формируемые компоненты могут становиться довольно компактными, и дополнительное тепло, выделяемое во время работы, является фактором, который необходимо учитывать.

Расстояния

Что касается очистки, расстояния могут быть некоторой проблемой в РЧ приложениях из-за перекрестных помех и так называемого скин-эффекта.

Перекрестные помехи — это ситуация, когда высота платы начинает взаимодействовать друг с другом, например, сигналы связываются или интерферируют с близлежащими частями и возникает нежелательная связь. Скин-эффект — это ситуация, при которой сопротивление дорожки начинает возрастать, приводя к потерям резистивного типа, которые создают тепло в цепи. Это пропорционально таким факторам, как ширина и длина дорожки, и проблема усугубляется с ростом частот.

Минимальные безопасные расстояния варьируются разными способами. Если вам нужны ответы на любой вопрос о минимальных расстояниях или другие рекомендации по проектированию РЧ печатных плат, свяжитесь с SFC сегодня.

Влагопоглощение

Еще один фактор, на который стоит обратить внимание, — это условия, в которых будет работать ваше устройство. Если плата окажется в лаборатории с контролируемой воздушной средой, влагопоглощение этого материала может вас не беспокоить. Однако если плата будет установлена снаружи, в дождливом климате или может кратковременно попадать в воду и выходить из нее без предварительного планирования, то проникновение влаги приобретает большее значение.

Стоимость vs. Производительность

Некоторые типы материалов обладают выдающимися характеристиками. Предложенные ими диэлектрические постоянные и КТР были специально разработаны для соответствия вашим приложениям. К сожалению, такие материалы, как правило, дорогостоящи. Тем не менее, найти хороший баланс между стоимостью, электрическими характеристиками и тепловыми свойствами является сложной задачей, но, безусловно, достижимой.