A melhor maneira de escolher materiais PCB de alta frequência

O desenho de PCB de alta frequência é considerado esotérico e alguns engenheiros chamaram-lhe "magia negra"! Este tópico também tem alguma confusão, especialmente quando discutimos o valor da frequência que é conhecido como alta. Praticamente as questões existentes na configuração do design de alta velocidade também existem em desenho PCB de alta frequênciamas estes desafios são discutidos de maneiras diferentes. É necessário ter algumas precauções para os materiais PCB de alta frequência antes de fazer qualquer mudança nas placas de alta velocidade ou RF.

Alguns engenheiros que fazem funcionar placas de PCB na radiofrequência utilizam menos perdas de material laminado FR4 ou material laminado PTFE de baixa constante dieléctrica. A constante menos dieléctrica não é sempre necessária, mas sim sobre o valor da frequência, e podemos trabalhar com laminado padrão também com material laminado DK elevado de acordo com os nossos projectos. Se tiver dúvidas sobre os materiais necessários para o seu projecto, por favor continue a ler o artigo abaixo, FS Technology dará uma explicação detalhada de materiais PCB de alta frequência.

Características do Material PCB de Alta Frequência

O material da placa de circuito impresso é o foco do fornecimento de propriedades PCB. A tecnologia FS divide PCB de alta frequência materiais em materiais orgânicos e materiais inorgânicos, incluindo:

  • Materiais orgânicos: resina fenólica, fibra de vidro/ resinaepoxídica, poliimida, BT/Epoxy, etc.
  • Materiais inorgânicos: alumínio, cobre-inverno-cobre, cerâmica, etc.
 

Ao comprar materiais PCB de alta frequência, não se pode escolher cegamente, mas prestar mais atenção às propriedades do material de acordo com as propriedades especiais do projecto. Diferentes fabricantes fazem estes materiais e tentam fazer produtos melhores do que os seus concorrentes, de acordo com as características electromagnéticas dos materiais.

Dk e Df

É um ponto muito comum que verá ao ler a folha de dados. Estes valores são mencionados num determinado valor de frequência normalmente 1GHz ou 10 Ghz, com base nas exigências dos clientes. Muitos engenheiros lêem estas características uma vez que estão a trabalhar para sistemas que necessitam de menos perdas, portanto, farão comparações entre as perdas dieléctricas antes de iniciar o trabalho. O facto significativo de fazer PCB de alta frequência para a concepção necessária é mencionado abaixo:

  • Para fazer pequenos PCB RF, é necessária uma porção maior de constante dieléctrica
  • Se quiser ter perdas baixas então vá por menos constante dieléctrica
 

Se a interligação tiver um comprimento longo e tiver uma probabilidade de perdas elevadas, então use um material com uma porção imaginária menor de DK. A porção real de DK não será utilizada para perdas dieléctricas se a impedância estiver de acordo com o seu valor requerido. No entanto, Dk não tem qualquer efeito na determinação do comprimento de onda do sinal de funcionamento para placas HF. Os pequenos circuitos normalmente requerem um pequeno comprimento de onda que indica que precisamos de um alto valor de DK.

Comparação do comprimento de onda de alta DK e baixa DK para PCB de alta frequência

Há um ponto relacionado com o PCB de alta frequência com base na ressonância é a direcção do campo eléctrico. A constante dieléctrica dos materiais de substrato não será a mesma em todos os eixos do material, pelo que a constante dieléctrica encontrará velocidade de propagação de onda e ressonância dependerá da direcção do campo eléctrico no sistema. Estas diferenças podem ser de cerca de 5%, mas têm um efeito em estruturas de Q elevado, tais como ressonadores e emissores curtos, que são compatíveis com sinais modulados. O valor constante dieléctrico relacionado com diferentes direcções de polarização eléctrica deve estar certo na folha de dados do material.

Espessura e tamanho do painel de PCB de alta frequência

Parece um pouco pedestre mas o material da placa HF não consegue entrar em qualquer espessura e tamanho de painel desejados. Estes materiais são normalmente laminados revestidos a cobre com uma certa espessura, e muitos laminados podem ser empilhados em conjunto utilizando uma camada adesiva. Podem ser utilizados em empilhamento híbrido com outra categoria de laminados FR4 com a mesma espessura. A espessura do laminado dará a espessura total da placa, com essa largura de traço de cobre podemos utilizá-lo para o encaminhamento de sinais RF e fazer circuitos RF impressos em placas PCB.

A espessura é o factor principal uma vez que encontrará a largura de linha que é necessária para cumprir a impedância do nosso sistema. É uma parte significativa de qualquer categoria de placa de alta frequência, uma vez que os componentes e quaisquer componentes impressos serão esmagadoramente criados até à impedância do sistema de cinquenta ohm. Se tiver circuitos de correspondência de impedância para combinar a impedância do circuito impresso com a impedância do sistema, a espessura do substrato também encontrará uma correspondência de impedância que tem de compensar os circuitos de correspondência, uma vez que ajusta a distância ao solo para o próximo ano. Assim, se precisou de obter placas de circuito pequenas e larguras de linha, considere estes dois factores.

  • Tem de aplicar um grande valor DK para circuitos mais pequenos
  • Utilizar laminado mais fino para circuitos mais pequenos
Espessuras típicasTamanhos típicos de painéis
PolegadasmmPolegadasmm
0.010 0.2512×18305×457
0.020 0.5116×18406×457
0.030 0.7618×24457×610
0.061.5236×48914×1220

Se o trabalho é com o exterior chave na mão fabricantes e tem de desenhar com stocks de material, depois tem de se restringir a materiais e normalmente não ter um determinado tamanho de painel. O PCB de venda por atacado O fabricante tem um bem por ter enormes stocks de material. O tamanho do painel dará preços para uma unidade, uma vez que o painel tem o maior número de painéis. Se tiver a facilidade de obter painéis de tamanho maior ou menor do que a área padrão do painel, então é preciso como bónus e aproveitar a oportunidade de obter alguns painéis adicionais.

Material de folha de cobre de alta frequência PCB

O material de alta frequência pode utilizar um grupo específico de materiais de folha de cobre, que podem ser de cobre recozido laminado ou de cobre bruto de baixo perfil, concebido para proporcionar menos perdas. Uma boa ficha de dados definirá a rugosidade aproximada, pelo que podemos ter uma ideia das perdas aproximadas para a frequência de funcionamento. Normalmente, o cobre mais liso é favorável com base no ponto de vista das perdas, uma vez que produz um pequeno aumento do efeito cutâneo e um pequeno desvio da impedância. Se a interligação for menor e precisarmos de um PCB menor, então preferimos DK/Df em vez do tipo de folha de cobre.

Se tiver uma avaliação de certos materiais de placas de HF e tivermos de considerar as perdas do condutor em circuitos, podemos utilizar técnicas básicas de propagação constante para encontrar as perdas do condutor através do uso de resistência de DC vestígios, efeito de pele, e factor de rugosidade do cobre.

Fórmula de perda de potência por unidade de comprimento do condutor de PCBA de alta frequência

Esta expressão dá-nos por unidade de comprimento perdas de potência sobre o condutor. o efeito da pele e a resistência DC podem ser medidos através da utilização de uma calculadora, mas o factor de rugosidade do cobre K precisa de uma medição ou de um modelo de rugosidade padrão para medir.

Folha de cobre mais lisa é normalmente utilizada para a estrutura da placa de RF. Com isso, há material de revestimento a ter em consideração, uma vez que este material pode fazer uma interface rugosa numa camada de cobre que provoca elevadas perdas brutas. Existem 2 revestimentos de superfície que podem dar virtualmente zero perdas extra em comparação com cobre nu, OSP, e prata de imersão.

Normalmente, se estivermos a trabalhar mais de 2,4Ghz Wi-Fi ou as ligações forem longas, então precisamos de seleccionar um material de revestimento com menos perdas.

Propriedades térmicas e mecânicas de materiais PCB de alta frequência

Vê-se por vezes que o projecto que vamos fazer não tem um funcionamento fiável. Em tipos específicos de sistemas como aviónica de alta frequência, as características térmicas e mecânicas são consideradas em primeiro lugar, uma vez que os dispositivos podem ter temperaturas elevadas, ciclos térmicos repetidos, vibrações mecânicas, ou choques durante a função. Por exemplo, fizemos alguns dispositivos para clientes aeroespaciais que utilizam laminados Roger devido a módulos de tracção. Outra característica material que é desejada de um grupo de empilhamento híbrido é a correspondência CTE, algum material PTFE pode corresponder aos parâmetros CTE com FR4, sendo assim utilizado com precisão no empilhamento de placas híbridas.

Resumo

Existem numerosos tipos de material no mercado, e alguns fornecedores menos conhecidos não são a primeira escolha para o seu projecto, e não têm a capacidade de fornecer laminados PCB de alta frequência. Os fabricantes de PCBA de alta qualidade chave-na-mão da China, como a FS Technology, podem fazer placas PCBA comuns de alta frequência, mas também não têm problemas com mmWave PCBA. Nem todos os fabricantes podem fornecer conhecimentos de PCBA mmWave ou 5G PCBAe, mesmo que o façam, não podem prestar tal serviço.

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