PCBs de Alta Frecuencia

Que é un PCB de alta frecuencia?

Un PCB de alta frecuencia é un tipo de PCB que utiliza sustratos especializados con baixa constante dieléctrica (Dk) e baixo fogo dieléctrico (Df), como os das series PTFE e Rogers. Requírese un control estrito da impedancia e un cableado optimizado para reducir os parámetros parasitas. Está deseñado especificamente para escenarios de transmisión de sinais de alta frecuencia que van de 300 MHz a 3 GHz. Placas de circuito impreso de alta precisión compatibles amplamente con equipos en campos como as comunicacións, a industria militar, a medicina coidados e electrónica de consumo.

Características das PCB de alta frecuencia

As características dos circuitos de comunicación de alta frecuencia están deseñadas arredor dos tres requisitos principais de baixa perda, alta estabilidade e antiperturbación na transmisión de sinais de alta frecuencia que van de 300 MHz a 3 GHz. Cada característica corresponde a seleccións específicas de materiais, normas de proceso e valores de aplicación. A continuación, ofrécese un desglose detallado:

A característica de baixa perda do sustrato

Cando se transmiten sinais de alta frecuencia, prodúcese unha perda de enerxía debido ás propiedades dieléctricas do sustrato. Esta é a diferenza principal entre os circuitos de alta frecuencia e as PCB ordinarias.

Parámetros clave

· Baixo coeficiente dieléctrico (Dk): O coeficiente dieléctrico determina a velocidade de transmisión do sinal. Canto máis baixo sexa o valor de Dk, maior será a velocidade de transmisión do sinal e menor o atraso do sinal. O valor de Dk dos PCB de alta frecuencia os substratos adoitan ser estables entre 2,2 e 4,5 (o Dk dos substratos FR-4 comúns é aproximadamente de 4,6 a 4,8), e é necesario garantir a estabilidade de Dk baixo diferentes temperaturas e frecuencias para evitar a distorsión do sinal.

· Baixa tanxente de perda dieléctrica (Df): O valor de Df reflicte directamente a perda de enerxía do sinal no substrato. Canto máis baixo sexa o valor de Df, menor será a perda. O valor de Df dos substratos de PCB de alta frecuencia xeralmente é inferior a 0,002 (o Df de fR-4 ordinario é de arredor de 0,02), o que pode reducir efectivamente a atenuación do sinal e resulta especialmente adecuado para transmisión de sinais a longa distancia e de alta frecuencia.

Substrato típico

· PTFE (Politetrafluoroetileno): Dk≈2,1, Df≈0,0009, resistencia ao calor elevado (por encima de 260 °C), gran estabilidade química, é a opción preferida para escenarios de alta demanda como a industria militar e as comunicacións por satélite.

· Serie Rogers (por exemplo, RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, con excelente estabilidade de impedancia, adecuada para estacións base 5G e módulos RF.

· Placa de resina epoxi de alta frecuencia: Menor custo, Dk≈3,5-4,0, satisfai os requisitos básicos dos compoñentes RF na electrónica de consumo.

Características de control de impedancia de alta precisión

As sinais de alta frecuencia son extremadamente sensibles aos cambios de impedancia. Un desaxuste de impedancia pode causar reflexión do sinal, ondas estacionarias e distorsión, afectando directamente ao rendemento do equipo.

· Normas de control de impedancia: Os valores de impedancia comúnmente empregados para PCBs de alta frecuencia son 50Ω e 75Ω. A tolerancia de impedancia debe controlarse dentro do ±3% ao ±5%.

· Método de implementación: Mediante o deseño preciso de catro parámetros centrais - anchura da liña, espazamento entre liñas, grosor do sustrato e grosor da follas de cobre - e verificá-los con software de simulación electromagnética, garantíase a consistencia de impedancia. Por exemplo, o valor de impedancia dunha estrutura de liña microtira é directamente proporcional ao ancho de liña e inversamente proporcional ao grosor do sustrato. É necesario axustalo repetidamente para alcanzar o valor obxectivo.

Baixos parámetros parasitarios e características antiinterferencias

Nas circuítos de alta frecuencia, a capacitancia e inductancia parasitarias dos fíos poden crear fontes adicionais de interferencia, provocando diafonía de sinal ou radiación electromagnética (EMI). Polo tanto, os PCBS de alta frecuencia deben deseñarse e optimizarse para reducir os efectos parasitarios.

Deseño de baixos parámetros parasitarios

· Acortar a lonxitude dos cables, reducir o trazado sinuoso e diminuír a inductancia parasitaria;

· Aumentar o espazamento das liñas de sinal ou usar bandas de illamento de terra para reducir a capacitancia parasitaria;

· Adoptar estruturas especiais de liñas de transmisión, como liñas microtira e liñas de fita, para reducir o acoplamento electromagnético entre os sinais e o exterior;

Capacidade antiinterferencias electromagnéticas (EMI)

· Aumentar o número de capas de terra para formar unha "cavidade de apantallamento" e bloquear as interferencias electromagnéticas externas;

· Realizar apantallamento local en componentes sensibles para reducir a radiación de sinais internos;

· Optimizar o trazado da alimentación e conexión a terra para reducir o impacto do ruído da alimentación nos sinais de alta frecuencia.

Excelentes características de adaptabilidade física e ambiental

Os escenarios de aplicación dos PCBs de alta frecuencia están principalmente en campos con requisitos ambientais estritos, como o control industrial, a atención médica e a industria militar. Polo tanto, o material base e o proceso deben satisfacer requisitos adicionais de rendemento físico

· Resistencia ao calor: Algúns materiais base soportan temperaturas por riba dos 260℃, satisfaciendo os requisitos de procesamento da soldadura por refluxo e da soldadura por onda, e ao mesmo tempo sendo axeitados para o funcionamento continuo do equipo en ambientes de alta temperatura.

· Resistencia química: O material base debe ter características de resistencia a ácidos e alcalis e resistencia á humidade para previr a descompostura do material base e a oxidación da follas de cobre en ambientes adversos.

· Estabilidade mecánica: O foil de cobre ten unha forte forza de adhesión co substrato, o que fai que sexa menos probable que se deforme ou deforme, asegurando a confiabilidade do equipo baixo condicións de vibración e impacto.

Características de alta precisión de fabricación

A precisión da tecnoloxía de procesado dos PCB de alta frecuencia é moito máis elevada que a dos PCB ordinarios. Os requisitos clave do proceso inclúen:

· Anchura de liña fina/espazado de liña: Pode acadar anchuras de liña e espazados de 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) ou incluso máis finos, satisfacendo os requisitos de cableado de circuítos de alta densidade e alta frecuencia.

· Perforación precisa: O diámetro mínimo do burato pode acadar 0,1 mm, e a tolerancia da posición do burato controlase dentro de ±0,01 mm, evitando cambios de impedancia provocados por desvios na posición do burato.

· Tratamento superficial: Adóptanse principalmente procesos de chapado en ouro e prata para reducir a perda de sinal na superficie do conductor .

Substrato central

O substrato é a base dos PCBs de alta frecuencia e afecta directamente á perda e estabilidade da transmisión de sinais. Os tipos e parámetros principais son os seguintes:

Material de follas de cobre

Os sinais de alta frecuencia teñen un efecto pel, polo que a selección do foil de cobre debe ter en conta tanto a eficiencia de conducción como a planicidade da superficie:

· Foil de cobre electrolítico: Baixo custo, rugosidade superficial moderada, adecuado para a maioría dos escenarios de PCB de alta frecuencia;

· Foil de cobre laminado: Superficie máis suave, menor perda por efecto pelicular, adecuada para equipos de radiofrecuencia de alta frecuencia e alta sensibilidade;

· Grosor da follas de cobre: Os máis empregados son 1 onza (35 μm) ou ½ onza (17,5 μm). Unha follas de cobre fina pode reducir a indutancia parasitaria e é máis axeitada para cableado de alta densidade e alta frecuencia.

Materiais de tratamento superficial

O tratamento superficial dos PCB de alta frecuencia necesita reducir a resistencia de contacto, previr a oxidación do cobre e evitar afectar á transmisión das sinais de alta frecuencia

· Chapado en ouro (ENIG): Superficie lisa, forte resistencia á oxidación, baixa resistencia de contacto, escaso impacto na perda de sinais de alta frecuencia, adecuada para interfaces RF de alta precisión.

· Chapado en prata: Ten mellor condutividade eléctrica que o chapado en ouro e menor perda, pero é propenso á oxidación e necesita combinarse cun recubrimento antioxidante. É adecuado para circuítos de microondas de alta frecuencia.

· Máscara de soldadura orgánica (OSP): Ten un baixo custo e proceso sinxelo, pero a súa resistencia ao calor é media. É adecuada para PCBS de alta frecuencia en electrónica de consumo sensible ao custo.

Baixa atenuación do sinal para asegurar a calidade de transmisión

Mediante o uso de sustratos dedicados con baixa constante dieléctrica (Dk) e baixo fogo dieléctrico (Df), como os das series PTFE e Rogers, pódese reducir de forma efectiva a perda de enerxía dos sinais de alta frecuencia que van de 300 MHz a 3 GHz durante a transmisión pódese evitar a distorsión do sinal, e pódense satisfacer os requisitos de comunicación e transmisión de datos a longa distancia e alta frecuencia.

O control de impedancia de alta precisión mellora a integridade do sinal

Mediante o deseño preciso do ancho de liña, separación entre liñas e grosor do sustrato, a tolerancia de impedancia controlase dentro de ±3% a ±5%, conseguindo un axuste estable de impedancias estándar como 50Ω/75Ω, evitando a reflexión do sinal e os fenómenos de onda estacionaria, e asegurando o funcionamento fiabil de circuitos de RF e microondas.

Alta capacidade de antinterferencias, adecuado para entornos electromagnéticos complexos

A estrutura de cableado optimizada (como liñas microstrip e liñas de fita) e o deseño de terra múltiple poden reducir a capacitancia e inductancia parasitarias, así como a diafonía de sinais e a radiación electromagnética (EMI). En combinación con apantallamento metálico local, pode resistir a interferencia electromagnética externa e é adecuado para escenarios con requisitos elevados de compatibilidade electromagnética, como equipos de control industrial e instrumentos médicos.

Excelente adaptabilidade ambiental, satisfacendo condicións de traballo duras

O sustrato de alta frecuencia dedicado caracterízase por resistencia a altas temperaturas (por encima de 260 ℃), resistencia á corrosión química e resistencia á humidade. Combinado cun proceso estable de unión de follas de cobre, pode manter un rendemento estable en ambientes duros como vibracións e ciclos de alta e baixa temperatura, satisfacendo os requisitos de funcionamento a longo prazo de calidade automotriz e calidade militar equipamento.

O soporte de alta integración facilita o deseño miniaturizado

Compatível co procesamento de liñas finas e espazos de 3mil/3mil e inferiores, así como diámetros de furos pequenos. Pode acadar un cableado de alta densidade, satisfacendo os requirimentos de deseño de produtos miniaturizados e altamente integrados como os RF módulos e compoñentes de estacións base 5G, e aforrando espazo no equipo.