PCB de alta frequência

A Tecnologia FS tem fortes capacidades de fabrico de PCB, independentemente das necessidades do seu projecto, faremos o nosso melhor para o completar por si. Este artigo irá apresentar-lhe uma placa de circuito com as vantagens de alta eficiência, velocidade rápida, grande controlabilidade e forte tolerância - PCB de alta frequência.

Catálogo de tipos de PCB

Definição de PCB de alta frequência

Uma placa de circuito de alta frequência é um tipo de PCB que é dividido por função. Se a frequência de uma placa de circuito for superior a 1GHz, então será definida como uma placa de alta frequência, independentemente do material e da dureza. É geralmente utilizada quando a transmissão é necessária entre dois pontos com perda mínima de sinal, especialmente ondas electromagnéticas. É geralmente feita de materiais especiais. Estes PCBs são capazes de transmitir um sinal a uma taxa mais elevada, as suas gamas de frequência até 100GHz. 

Quando a frequência é baixa, as características do sinal permanecem dentro da caracterização dos dados e o PCBA executa todas as funções pretendidas. Pelo contrário, as operações de PCBA de maior frequência têm um grande efeito. No entanto, quando aumentamos a velocidade do sistema, a maior frequência terá um impacto nas propriedades do circuito. Como, durante a sinalização I/O, isto poderá ter um impacto negativo na transmissão de dados do remetente para o receptor. 

É crucial lembrar que muitos materiais são concebidos para trabalhar a altas frequências. Os PCBs de alta frequência têm laminados especiais de alta frequência e são muito difíceis de fabricar, uma vez que envolvem a transmissão de sinais sensíveis, mantendo o calor térmico favorável para a transmissão desse sinal.

Selecção de material PCB de alta frequência

Os PCB de alta frequência requerem material especial para a sua fabricação, especialmente laminados, para emitir sinal de alta frequência. Ao processar placas de circuito de alta frequência, muitos engenheiros acabarão por levar a um desempenho insatisfatório do produto acabado, devido à selecção de materiais incorrectos de placas de circuito impresso de alta frequência. Por este motivo, a FS Technology recomenda que se preste atenção aos seguintes pontos ao seleccionar os materiais. Satisfaz as necessidades da concepção do projecto? Este PCB de alta frequência pode ser produzido em massa? Já calculou o ponto de equilíbrio do projecto?

Indicadores importantes de PCB de alta frequência: DK e DF

DK e DF são indicadores importantes para medir a PCB de alta frequência. Para a selecção de materiais de substrato de placas de circuitos sob circuitos de alta frequência, a alteração do valor de DK é utilizada como primeiro factor de referência. Para projectos centrados na transmissão de sinal ou no controlo da impedância característica, o desempenho do valor DF em condições como frequência, temperatura e humidade tem de ser considerado.

A tendência de mudança dos valores DK e DF dos materiais de substrato comuns é óbvia, especialmente quando a frequência é de 1MHz a 1GHz. Um modelo comum de FR-4 tem um valor DK de 4,7 a 1MHz e um valor DK de 4,19 a 1GHz. Quando o GHz é superior a 1, as suas DK começam a nivelar. Neste momento, a alteração da tendência da DK está negativamente correlacionada com o aumento da frequência, ou seja, a frequência aumenta, e a tendência de alteração da DK abranda.

A 10 GHz, o valor DK do substrato com características de alta frequência flutua pouco sob a influência de mudanças de frequência. O valor DK tem um valor flutuante de +/- 0,02 a frequências variáveis de 1MHz a 1GHz. A tendência de mudança do seu valor DK sob diferentes condições de frequência de baixa para alta é descendente.

Para substratos gerais, sob a influência de mudanças de frequência, a curva de mudança do valor DF é maior do que o valor DK. A regra de alteração do DF é que este tende a aumentar. Portanto, quando a Tecnologia FS avalia as características de alta frequência dos materiais, ela é julgada de acordo com a mudança do seu DF. Os PCB de alta qualidade de alta frequência têm as duas características seguintes. 1. A mudança de frequência tem pouco efeito na mudança do valor de DF. 2. As suas alterações são consistentes com materiais comuns, mas a sua própria base DF é pequena.

Princípio de selecção de materiais de alta frequência

O FR-4 comummente utilizado tem elevadas perdas dieléctricas em diferentes frequências de GHz, o que o pode tornar inadequado para os seus projectos de alta frequência. Por conseguinte, a questão dos materiais é extra importante na concepção de placas de PCB de alta frequência.

Como exemplo simples, a onda quadrada de sinal digital de alta velocidade de 10Gb/S pode ser considerada como a sobreposição de sinais de ondas sinusoidais de diferentes frequências. Esta onda quadrada inclui sinal fundamental de 5Ghz, sinais de 3ª ordem 15GHz, 5ª ordem 25GHz e 7ª ordem 35GHz. A integridade do sinal digital e a inclinação das arestas superior e inferior são tão importantes para os circuitos de alta-frequência como para a transmissão de baixa perda e distorção das microondas de RF. Por conseguinte, a Tecnologia FS acredita que os requisitos para a selecção de material PCB de circuitos digitais de alta-frequência e circuitos de microondas RF são semelhantes.

Em projectos de engenharia reais, a selecção de PCB de alta frequência parece simples, mas como líder do projecto, é necessário compreender as características dos diferentes painéis, e conceber um painel fiável de alta frequência através de um empilhamento razoável. Por este motivo, a FS Technology resolveu as seguintes considerações principais para a selecção de placas de alta frequência:

Manufacturabilidade : tais como propriedades de laminação, propriedades de temperatura, PCB CAF resistência, resistência ao calor, classificação ao fogo, etc.

Correspondência do desempenho do produto : baixa perda, desempenho estável DK/DF, espessura do material, etc. Além disso, para PCB de alta frequência, são necessários testes de simulação de PCBA na fase inicial de concepção. A tecnologia FS tem verificação em circuito fechado através de um grande número de simulações e testes reais para assegurar a consistência dos resultados e testes de simulação.

Tempo de aquisição de material : A dificuldade de fabrico de PCB de alta frequência não se reflecte apenas no seu processo tecnológico, mas também na aquisição de materiais. Para um fabricante geral de PCBA, pode levar 2-3 meses a adquirir, o que é muito desfavorável para o seu projecto. Se o seu projecto requer este tipo de placa, a FS Technology recomenda o nosso serviço de PCBA de alta frequência, que estará dentro das suas expectativas desde a aquisição até à entrega.

Factor de custo. O custo da indústria do PCBA é relativamente transparente. Se for um cliente sensível aos preços, pode julgar o custo aproximado do seu projecto de alta frequência, lendo o Drivers de custo de montagem de PCB.

Introdução de vários materiais PCB de alta frequência

Rogers :

Esta é uma empresa de material PCB dos Estados Unidos, que pode fornecer uma variedade de placas de alta frequência com grandes vantagens. Na fabrico de PCB é frequentemente utilizado para comparar com FR-4, e mesmo que o preço do PCB Rogers seja mais caro, continua a ser a primeira escolha para muitos projectos. Abaixo encontra-se a gama Rogers que pode ser utilizada para fazer PCB de alta frequência.

RO4003C, RO4350B, RO4360, RO4533, RO4535, RO4232, RO4233, RO3001, RO3003, RO3006, RO3010, RO3035, RO3203, RO3206, RO3210, RO3730, RO5780, RO6002, RO3202, RO6006.

Rogers R03001: Tem uma constante dieléctrica baixa e tangente de baixa perda, com excelente resistência química e a altas temperaturas.

Tacónico:

TACONIC é o maior produtor mundial de PTFE CCL. Possui a patente de revestimento uniforme de PTFE sobre tecido de vidro, e ocupa uma posição dominante absoluta no mercado de chapas de antenas, com uma quota de mercado de mais de 80%. As seguintes famílias de materiais têm um desempenho excepcionalmente bom em frequências elevadas.

TLY-5A, TLY-5, TLY-3, HT1.5, TLX-0, TLX-9, TLX-8, TLX-6, TLC-27, TLC-30, TPG-30, TLG-30, RF-30, TSM-30, TLC-32, TPG-32, TLG-32, TLG-34, TPG-35, TLG-35, RF-35, RF-35A, RF-41, RF-43, RF-60A, CER-10.

Taconic RF-35 Ceramic : Este material é mais barato, geralmente composto de PTFE que é preenchido com cerâmica juntamente com vidro tecido. A fabricação é um pouco mais fácil e proporciona boas propriedades eléctricas ao PCB, juntamente com uma menor dissipação. 

Taconic TLX : É um material estável dimensionalmente, composto de fibra de vidro PTFE. TLX proporciona excelentes propriedades térmicas, mecânicas e eléctricas, mas é relativamente difícil de fabricar. 

FR4

Material muito comum para laminados de placas de circuito impresso, sempre que o sinal excede a frequência de 1,6 GHz então tem um desempenho eléctrico relativamente fraco 

ISOLA IS620 E-fiberglass

Este material é normalmente utilizado para proporcionar um desempenho eléctrico e térmico excepcional. 

Características e benefícios dos PCB de alta frequência

A selecção de PCB precisa de ser analisada de acordo com as suas características e vantagens. Abaixo realizaremos uma análise abrangente das características e vantagens dos PCB de alta frequência.

Factor de Dissipação: As placas de alta frequência têm normalmente um factor de dissipação baixo que varia entre 0,0019 e 0,025, o que significa que a taxa de transmissão do sinal permanecerá inalterada. Um factor de dissipação baixo também permite uma melhor transmissão do sinal. Um factor de dissipação mais baixo pode ajudar a reduzir a perda de sinal. 

Constante dieléctrica: Normalmente as placas de circuito impresso HF têm uma constante dieléctrica baixa e estável. Uma vez que isto assegura uma transmissão de frequência a um ritmo mais elevado com menor atraso. 

Resistência química: Os PCB de alta frequência são quimicamente resistentes. Quando sujeitas a um ataque químico, estas placas podem resistir a ele. Estas placas de circuito são menos susceptíveis de corroer como resultado deste atributo. 

Baixa Absorção de humidade: Normalmente, os PCB de HF absorvem uma menor quantidade de água. Como não absorve humidade, pode sobreviver a um clima húmido. 

Estabilidade Dimensional Baixa: A estabilidade dimensional do PCB de frequência é baixa. Com esta propriedade, estes tipo de PCB mantém as suas dimensões mesmo que estejam expostos ao calor. 

Técnicas de Gestão Térmica para PCB de Alta Frequência

Como a alta frequência, os PCB estão a operar na transferência de sinais a um ritmo mais elevado, devido a esta razão a maior parte dos PCB de HF encontram a gestão do calor e resultam num aumento da temperatura dos PCB, o que em alguns casos se torna fatal para os PCB. Se o calor produzido num circuito estiver dentro de um limite, pode dissipar-se por si só, mas se a produção de calor exceder e não se puder dissipar por si só, então são utilizados dissipadores de calor e ventiladores de arrefecimento ou outras técnicas de gestão de calor. Seguem-se algumas técnicas de gestão da temperatura dos PCB, a fim de melhorar a vida útil dos PCB de HF. 

Termal via Arrays : A integração da via de matrizes sobre as secções cheias de cobre permite uma gestão eficaz do calor. Ao utilizar estas vias, o calor pode ser dissipado para o ar. Para que o calor se dissipe adequadamente, o diâmetro da via deve ser grande, aproximadamente na gama de 0,1mm. Quanto mais vias, melhor será a dissipação de calor. 

Utilização de traços mais largos : À medida que os traços mais largos aumentam a área de superfície para dissipar o calor de forma mais eficiente, o que também ajuda na redução dos pontos quentes no circuito PCB. Ao criar traços mais largos, tenha cuidado para não os tornar excessivamente largos, uma vez que isto pode resultar em crosstalk. 

Utilização de dissipadores de calor e ventiladores de arrefecimento : dissipadores de calor e ventiladores de arrefecimento são dois métodos eficazes para superar problemas de calor em PCB. A aplicação de ambos depende do espaço disponível no PCB, como no CPU e MCU, o Heat-Sink é utilizado, enquanto o ventilador de arrefecimento é utilizado para ajudar o ar quente a dispersar-se adequadamente no ambiente. 

Técnica de colocação : É boa prática manter os elementos produtores de calor à parte dos materiais sensíveis ao calor, a fim de evitar prejudicá-los. Os potenciais pontos quentes nos PCB podem ser encontrados utilizando software de análise de PCB. Se os PCB forem montados verticalmente, os componentes geradores de calor devem ser localizados perto da parte superior. 

Questões no fabrico de PCB de alta frequência

Força de Ligação Fraca: 

Mais vias enterradas resultam numa baixa força de ligação entre as folhas de laminados e a resina. Eventualmente, resulta em delaminação. 

Esta questão pode ser resolvida utilizando laminados e folhas de resina que têm a mesma taxa de expansão e contracção, a fim de garantir que se mantenham ligadas umas às outras quando a temperatura varia. 

Perfuração: 

São necessários furos passantes múltiplos para uma dissipação eficaz do calor em placas multicamadas de alta frequência, e esta é a tarefa mais difícil durante a fabricação de PCB de HF. O calor produzido durante a perfuração, resulta no endurecimento da parede de via-furada, o que pode eventualmente causar má dissipação de calor e interferência com o circuito de alta-frequência. 

Este problema pode ser atenuado utilizando uma cobertura de resina em vez de uma cobertura de alumínio, que absorve o calor de forma mais eficaz durante a perfuração. Também ajuda a melhorar a qualidade dos furos, aumentando a pressão de sucção e de aspiração. 

Perfuração traseira: 

As vias Through-Hole ajudam na dissipação de calor, mas ao mesmo tempo podem comprometer a integridade das transmissões de alta frequência. O toco adicional pode funcionar como um canal reflector, causando o aumento da perda de inserção. 

A única opção para resolver esta questão é fazer um furo maior no lado oposto dos componentes que produzem calor.

Isto conclui a introdução da Tecnologia FS às placas de circuitos impressos de alta frequência. A Tecnologia FS tem vindo a servir na indústria de PCBA há muitos anos, com experiência profissional de fabrico e montagem de PCB. Se tiver alguma PCBA pode contactar-nos por e-mail em qualquer altura, e o nosso vendedor responder-lhe-á o mais rapidamente possível.

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