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Diseño de PCB RF

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La mayor complejidad de los circuitos también trae mayores dolores de cabeza para los diseñadores de PCB de RF, ¡el equipo de diseño de PCB de Venture RF está aquí para ayudar!

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Diseño de PCB RF: la guía definitiva

rf-pcb-diseño

Para un proceso exitoso de fabricación de PCB de radiofrecuencia (RF), debe adoptar procedimientos estrictos de diseño, fabricación y ensamblaje.

Es la única forma de evitar posibles diafonías, mantener la integridad de la señal, prevenir posibles fallos de componentes y muchas más.

La guía de hoy captura todos los aspectos básicos y avanzados del diseño y fabricación de PCB RF.

Comencemos.

Conceptos básicos de diseño de PCB de RF

PCB de RF

PCB de RF

¿Qué es la placa de circuito impreso de radiofrecuencia?

En general, podemos definir PCB RF como placas de circuito impreso diseñadas para operar en frecuencias medias a extremadamente altas.

Cualquier placa de circuito impreso de alta frecuencia que opere por encima de 100 MHz, por lo tanto, cae en la categoría de frecuencia de radio PCB.

Sin embargo, cuando se habla de PCB de RF, el rango de frecuencia real de referencia suele ser de 300 MHz y superior.

Los PCB de RF que funcionan por encima de 2 GHz se conocen como PCB de microondas.

Diseño de PCB para aplicaciones de RF

Hay varias aplicaciones que dependen del diseño de PCB de RF.

Puede atribuir esto a las capacidades únicas que tienen los PCB de RF. Estas son algunas de estas aplicaciones.

I. Sistemas de seguridad

Las placas de circuito de radiofrecuencia se utilizan ampliamente en sistemas y dispositivos de seguridad.

sistema de seguridad RF

sistema de seguridad RF

Estos dispositivos generalmente dependen de PCB de RF para un funcionamiento efectivo y resistencia a las condiciones térmicas y ambientales fluctuantes.

Esto ayuda a garantizar que la seguridad no se vea comprometida, independientemente de las condiciones ambientales o térmicas.

Los dispositivos como los escáneres de cuerpo completo, los escáneres de retrodispersión y los detectores de metales utilizan PCB de RF.

ii. Industria de la comunicación

Las placas de circuito impreso de radiofrecuencia también pueden soportar la transmisión de sistemas de datos de gran ancho de banda. Esto los convierte en los favoritos en la industria de la comunicación.

Los PCB de RF también se utilizan en la fabricación de controles remotos que ayudan en la comunicación inalámbrica.

Los satélites de comunicación también se fabrican con PCB de RF. Por lo general, se utilizan para transmitir información en condiciones térmicas y ambientales adversas.

Con RF PCB, existe la seguridad de que tales fluctuaciones no afectarán el rendimiento.

Otra área común de aplicación de PCB de RF en esta industria es la fabricación de teléfonos inteligentes.

 iii. Electrónica de consumo

Las placas de circuito de radiofrecuencia también son útiles en la producción de productos electrónicos de consumo. Esto se debe principalmente a su rendimiento térmico y eléctrico.

Nuevamente, los PCB de RF tienden a ser comparativamente más baratos y, por lo tanto, asequibles para la mayoría de los consumidores.

Los dispositivos como teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, microondas y radios se fabrican con placas de circuito impreso de RF.

Cocinar con microondas

Cocinar con microondas

IV. Aplicaciones militares

Las aplicaciones militares a menudo están expuestas a condiciones climáticas y térmicas fluctuantes. Como tal, los PCB de RF se utilizan ampliamente en su fabricación.

Esta preferencia se basa en su capacidad para soportar las fluctuaciones térmicas y ambientales.

Equipo de comunicación militar

Equipo de comunicación militar

Tales aplicaciones militares incluyen satélites, radioteléfonos, escáneres de seguridad, aviones y vehículos militares.

v.Aplicaciones médicas

Los PCB de radiofrecuencia se han utilizado durante mucho tiempo en la industria médica. Por lo general, los dispositivos médicos, como las máquinas de rayos X y los escáneres médicos, se fabrican con PCB de RF.

Lo mismo puede decirse de los implantes médicos como los marcapasos.

Máquina de rayos X

Máquina de rayos X

vi.Industria automotriz

Los vehículos de motor necesitan un rendimiento eléctrico mejorado. La industria automotriz también está regulada para garantizar que cumpla con los estándares de fabricación establecidos.

RF PCB hace que estos estándares establecidos sean alcanzables.

Planta de montaje de vehículos totalmente automática.Planta de montaje de vehículos totalmente automática.

vii.Aplicaciones industriales

En las industrias, suele existir el deseo de fabricar productos eficaces y fiables.

Esto significa que la demanda de productos que puedan soportar las fluctuaciones térmicas y ambientales es alta.

Los PCB de RF cumplen efectivamente estas condiciones.

detector de radiofrecuencia

detector de radiofrecuencia

En resumen, todos estos aparatos electrónicos eléctricos utilizan circuitos PCB de RF para transmitir señales.

Beneficios de las placas de circuito impreso de RF

El hecho de que el diseño de estos PCB utilice materiales de alta frecuencia les otorga varias ventajas para aplicaciones de MHz y GHz.

Debido a los siguientes beneficios, los PCB de RF son ideales para aplicaciones como radares militares, telecomunicaciones y sistemas de redes informáticas.

placa de circuito impreso de radiofrecuencia

placa de circuito impreso de radiofrecuencia

  • Estructura de PCB estable: tienen una estructura de PCB que presenta una excelente estabilidad, incluso en entornos de alta temperatura. Pueden funcionar hasta a 40 GHz cuando se trabaja con aplicaciones analógicas.
  • Tangente de baja pérdida: debido a la tangente de baja pérdida y la constante dieléctrica estable (Er), las señales de alta frecuencia pueden viajar a través de la PCB con una impedancia mínima y a alta velocidad.
  • Menores costos de ensamblaje: debido a la posibilidad de desarrollar un apilamiento de tableros multicapa, los materiales se combinan fácilmente en un solo apilamiento. Esto conduce a PCB más pequeños y menos costosos que tienen un rendimiento óptimo.
  • estos PCB, se pueden alinear fácilmente múltiples placas en un diseño complejo.
  • El montaje de componentes de paso fino en la placa también es fácil

Desafíos en el diseño de placas de circuito impreso de RF

Los siguientes problemas son comunes cuando se diseñan PCB de RF, lo que requiere mucho trabajo preventivo durante el proceso de diseño.

  • La sensibilidad al ruido de las placas de circuito impreso de radiofrecuencia genera zumbidos y reflejos. Por lo tanto, deberá tratarlos con sumo cuidado.
  • Se sabe que los PCB de alta frecuencia de adaptación de impedancia tienen una tolerancia mínima, por lo que es necesario controlar la impedancia. Esto es especialmente necesario para longitudes de trazo más grandes.
  • Las señales de retorno de pérdida de retorno pueden ser un gran problema, especialmente para frecuencias de microondas altas. Es fundamental tener un buen diseño de PCB que considere esto.
  • Esto es para asegurar que la señal de retorno no pase por los planos de potencia o las multicapas. Si esto sucede, el control de la impedancia se ve obstaculizado.
  • Crosstalk-La diafonía es otro problema común para los PCB de RF. Este problema suele empeorar cuando la densidad de la placa es mayor.

Directrices de diseño de PCB de RF

Diseño de PCB RF

Diseño de PCB RF

Líneas de transmisión de radiofrecuencia

Las líneas de transmisión de impedancia son útiles para transferir energía hacia y desde los pines del IC.

Aquí, veremos los diferentes tipos, incluidos microstrip, stripline suspendido y líneas conectadas a tierra.

1. Microtira

Las líneas de transmisión Microstrip tienen enrutamiento de metal de ancho fijo y un plano de tierra continuo que se coloca en la siguiente capa.

La impedancia característica dependerá del tipo y espesor de la capa dieléctrica. Suele oscilar entre 50O y 75O.

2. Línea de banda suspendida

Éste se compone de una capa interior y un enrutamiento de ancho fijo. Tiene tierras sólidas por encima y por debajo del conductor central, generalmente en el medio de los planos de tierra o desplazados.

3. Guía de ondas coplanares (puesta a tierra)

Al diseñar PCB de RF, una guía de ondas coplanar le ayuda a aislar mejor entre las líneas de RF y otras líneas de señal.

Tiene un conductor central y planos de tierra en un lado. Asimismo, deberá contar con vallas de vía a ambos lados.

Característica Impedancia

Hay diferentes formas de calcular y establecer con precisión el ancho de la línea conductora de la señal para el objetivo. impedancia.

Solo tenga en cuenta que la constante dieléctrica para las capas laminadas exteriores suele ser menor debido al menor contenido de vidrio.

Por lo tanto, debe tener cuidado al ingresar la constante dieléctrica de las capas para lograr un equilibrio óptimo.

Esquinas y Curvas

Las esquinas y curvas de las líneas de transmisión nunca deben estar en ángulo recto. Todas las líneas de transmisión con esquinas deben tener bordes redondeados.

Las líneas de transmisión con esquinas agudas (ángulo recto) son propensas a mayores pérdidas.

El radio de curvatura de los bordes redondos debe ser al menos 3 veces el ancho del conductor central. Esto ayuda a asegurar la estabilidad de la impedancia mientras la corriente pasa por el codo.

En los casos en los que, por cualquier motivo, no pueda obtener una curva, puede utilizar un medidor en ángulo para reducir las fluctuaciones de impedancia.

Cambios de capa para líneas de transmisión

Para ayudar a reducir la carga de inductancia, use al menos dos orificios pasantes para cada transición de una línea de transmisión entre dos capas.

Utilizar la vía de mayor diámetro compatible con el ancho de la línea de transmisión.

También puedes usar tres Vias si no puede utilizar las vías de mayor diámetro debido a limitaciones de espacio.

Aislamiento de línea de señal

Mantenga las líneas de transmisión lo más alejadas posible. Nunca los coloque cerca uno del otro durante largas distancias, ya que eso también puede aumentar el acoplamiento.

Asegúrese de que haya un plano de tierra para mantener separadas las líneas que se cruzan en capas separadas. Mantenga alejadas las líneas de señal de alta potencia de todas las demás líneas.

Planos de tierra

Utilice un plano de tierra continuo para la capa 2. Las líneas de cinta y las líneas de cinta desplazadas requerirán que tenga planos de tierra por encima y por debajo del conductor central.

No utilice estos aviones para señales o redes eléctricas.

Si tiene que usar planos de tierra parciales, deben estar debajo de los componentes y las líneas de transmisión.

Nunca rompa planos de tierra ni los coloque debajo de las líneas de transmisión.

Para evitar rutas de retorno a tierra que puedan causar un aumento de la inductancia de tierra parásita, agregue suficientes vías de tierra entre capas.

Esto también ayudará a prevenir el acoplamiento cruzado.

Selección de condensadores de desacoplamiento o derivación

Cualquier condensador que opere por encima de la frecuencia de resonancia propia (SRF) es inductivo.

Por lo tanto, no pueden ser efectivos en el desacoplamiento. SRF significa que los capacitores tienen rangos de capacidad limitados.

Si necesita desacoplamiento de banda ancha, use muchos capacitores con mayor capacitancia.

Consideraciones sobre el diseño del condensador de derivación

La inductancia parásita en la ruta de tierra de CA debe minimizarse porque las líneas de suministro deben ser tierra de CA.

La inductancia parásita generalmente ocurre en función de la elección de la orientación del componente.

Conexión a tierra de componentes conectados en derivación

Un ejemplo de estos componentes es un condensador de desacoplamiento de fuente de alimentación.

Para cada uno de estos componentes, utilice más de una vía de puesta a tierra para reducir el impacto de la inductancia parásita. Para una colección de componentes conectados en derivación, puede usar a través de islas de tierra.

Consideraciones de diseño de PCB RF

Desde el principio, debe haberse dado cuenta de que las placas de circuito impreso de RF son bastante diferentes de los otros tipos de PCB.

Se basan en materiales especiales y consideraciones especiales, como se describe a continuación.

Placa de circuito impreso RF

Placa de circuito impreso RF

1) Escalado

A medida que los PCB se curan durante la laminación térmica, las capas internas perderán bastante masa. Debido a esta pérdida anticipada, es crucial aumentar la escala del circuito en un cierto porcentaje.

Esto asegura que cuando las capas pierdan peso, alcancen las dimensiones deseadas.

Los materiales de alta frecuencia utilizados en las PCB de RF suelen comportarse de manera diferente. Esto significa que escalar es muy difícil porque necesitará comprender el material específico.

Calcular el factor de escala para el material particular que está utilizando es un desafío que debe asumir.

Si no hace esto, terminará con tableros con un mal registro de perforación a plataforma y de capa a capa. Dichos tableros no funcionarán correctamente.

Sin embargo, con el tiempo, debería poder determinar factores de escala consistentes para los materiales, lo que lo hará más fácil.

2) Preparación de la superficie

Los tipos de PTFE son muy sensibles cuando se trata de la preparación de superficies multicapa.

Una preparación muy agresiva puede deformar el material porque es relativamente más blando. Una deformación significativa hará que la placa de circuito impreso se deseche.

Durante el desbarbado, el sustrato puede acabar puliéndose, lo que afecta gravemente a la adherencia. Requiere que siempre anticipe la necesidad de un manejo especial.

3) Preparación del agujero

Debido a la diferente naturaleza de los materiales utilizados en RF PCB, deberá utilizar diferentes métodos en la preparación de orificios.

Por lo tanto, debe ajustar los parámetros de la máquina perforadora para asegurarse de que no haya manchas en la superficie.

Nuevamente, se utilizan gases diferentes a los habituales en el tratamiento de los agujeros después de la perforación. Por lo tanto, debe planificar todos los pasos necesarios para asegurarse de que los agujeros salgan limpios.

4) Tasas de expansión térmica

Si está diseñando una PCB multicapa híbrida mediante la combinación de materiales de alta frecuencia con FR4, debe combinar correctamente los materiales.

Esto se debe a que si las características del material no coinciden, las tasas de expansión de las capas serán diferentes.

También deberá hacer coincidir los materiales de relleno del orificio que usa para tapar las vías con los otros materiales en la pila.

Si es un diseñador y fabricante experto, esto no debería ser un gran problema. Lo más probable es que haya tenido que analizar estas características materiales antes.

5)Mecanizado

El comportamiento de los materiales RF cuando se someten a diferentes máquinas suele diferir del de los laminados FR4.

Durante la perforación, por ejemplo, los materiales impregnados de cerámica pueden resultar muy duros para las brocas.

En tales casos, las RPM y el avance del husillo deben personalizarse en función de las características específicas del material. Esto también te ayudará a evitar las fibras que suelen quedar dentro de las paredes del agujero.

Para evitar una mala calidad del borde, utilice brocas especiales desarrolladas para laminados RF. Si usa un tipo de enrutador incorrecto, es probable que la herramienta se pegue contra las fibras de la placa, dándole un borde peludo.

La puntuación en V también puede dañar el material de RF y no se recomienda a menos que sea muy necesario. Es probable que la cuchilla de la máquina de puntuación en V arranque el cobre de la superficie.

6) material de placa de circuito impreso

Como ya vimos en las secciones anteriores de esta guía, los PCB de RF son muy "selectivos" cuando se trata de materiales base.

Los materiales como el FR4 son de muy baja calidad a la hora de fabricar PCB RF.

El peligro de elegir el material incorrecto es que los problemas se dan cuenta principalmente después de la producción, lo que lleva a pérdidas extremas.

Si está contratando a un fabricante de PCB, es posible que deba inspeccionar muestras si tiene dudas sobre la elección de los materiales. De lo contrario, corre el riesgo de obtener un pedido completo de chatarra.

7) Elección de Línea de Transmisión

Elegir la línea de transmisión correcta es fundamental para el rendimiento de su PCB de RF.

Hay dos opciones principales al elegir líneas de transmisión para RF PCB: guías de ondas coplanares conectadas a tierra (GCPW) y Microstrip.

Si su diseño es más compacto, un GCPW le dará un mejor rendimiento porque:

  • Se caracterizan por tener un plano de tierra continuo.
  • Las capas puestas a tierra permiten un mayor aislamiento de las líneas de transmisión. Esto minimiza las pérdidas y los reflejos.

A pesar de estas fortalezas, la mayoría de los diseñadores prefieren microstrip porque la mayoría de los programas no son compatibles con GCPW.

8)Dimensiones de las Líneas de Transmisión

Las dimensiones de las líneas de transmisión generalmente afectan el desempeño de PPCB. Todas las líneas de transmisión y los componentes deben tener una impedancia de 50 O o muy cerca.

Una vez más, es probable que el uso de líneas de transmisión muy delgadas conduzca a un rendimiento más bajo.

9) Vía Espaciado y Colocación

El espaciado de las vías siempre debe ser apropiado porque las vías son esenciales para el rendimiento de la placa de circuito impreso de RF. Son las vías las que ayudan a reducir la inductancia de tierra en la PCB de RF.

También ayudan a resolver los problemas que surgen con el acoplamiento no deseado.

10) Enrutamiento en polarización y capas de tierra

En el diseño de PCB de RF, la ruta de corriente de retorno de las capas de polarización del sistema debe verificarse bien.

Las capas de señal entre las capas de polarización y de tierra conducen a rutas de retorno más grandes. Esto provoca un acoplamiento de ruido en las capas de la señal.

Para un buen diseño, no debe haber línea de señal entre las capas de tierra y la polarización.

Software de diseño de PCB RF

Como ingeniero de diseño de RF o microondas, diseñar una PCB de RF que funcione bien puede ser una tarea muy difícil. Lo que no quieres es terminar el proceso largo y tedioso, solo para darte cuenta de que tienes que empezar todo de nuevo.

Bueno, el secreto está en la automatización y necesitará obtener el software correcto para el trabajo. A continuación se presentan algunas de las mejores herramientas para ayudarlo con un excelente diseño de PCB de RF.

 Software de diseño de PCBSoftware de diseño de PCB

· Sistema de diseño avanzado

ADS se considera principalmente el software líder para el diseño de PCB RF. Es muy popular debido a la interfaz simple y la tecnología altamente innovadora.

Debido a estas fortalezas, ADS es utilizado por la mayoría de las empresas líderes en comunicaciones, redes, aeroespaciales y de defensa para diseñar PCB de RF.

·Oficina de microondas

Este es otro software de diseño con una interfaz muy interactiva.

Comprende una integración de herramientas y tecnología muy innovadoras con las herramientas de la empresa asociada (específicas para la aplicación en particular).

El resultado es un excelente sistema de software que produce fácilmente diseños de alta frecuencia. Está emergiendo rápidamente como el futuro del diseño de PCB RF.

·Altium

Altium es ampliamente considerado como uno de los software de diseño de PCB más libres de estrés. Incorpora herramientas de ingeniería y diseño de PCB en una sola interfaz, lo que simplifica todo el proceso.

Altium Designer permite un flujo fluido y coherente desde el desarrollo del concepto hasta el diseño de la PCB.

Guía un proceso fluido durante todo el proceso de modelado 3D hasta que tiene la fabricación final.

La claridad y la coherencia son fundamentales en el diseño de RF para evitar cometer el más mínimo error. Recuerde, el diseño de PCB de RF requiere precisión porque cualquier error simple conduce a una gran pérdida.

Altium también permite archivos Gerber como revisiones en los archivos PCB.

· Diseñador Ansoft

La característica especial de Ansoft Designer es que permite una simulación jerárquica y directa de redes distribuidas complejas. Esto conduce a un diseño de alta frecuencia similar a un circuito (en funcionalidad), lo que lleva a excelentes PCB de RF.

·Eagle

Eagle es un software de diseño de PCB muy popular, especialmente para los otros tipos de PCB comunes. Tiene un conjunto de herramientas bien organizado, que incluye un editor de esquemas, un editor de diseño y el enrutador automático.

Esto permite un proceso de diseño de PCB altamente integrado.

La lista de software de diseño que puede usar para diseñar PCB de RF es larga. Aparte de los que hemos comentado anteriormente, otros son:

  1. KiCad
  2. Autocad
  3. OTarjeta
  4. MATLAB
  5. Micro-tapa
  6. calibre
  7. HSpice
  8. Microondas Suave
  9. S-Editar
  10. L-Editar
  11. HFSS
  12. Cadencia
  13. Banco de trabajo electrónico

Como puede ver, hay varias opciones de software para elegir. Entonces, ¿cómo eliges cuál elegir?

Un buen software de diseño de PCB es aquel que es fácil de usar. Considere optar por un software ampliamente utilizado para permitir una fácil colaboración con otros jugadores en la industria.

Aunque algunas opciones de software son muy caras, otras baratas y otras incluso gratuitas, el precio no debería ser el factor principal.

También es fundamental que se asegure de que el software le permita revisar los archivos una vez que haya terminado con el diseño. Para lograr esto, el formato de almacenamiento debe permitir este tipo de revisiones.

Los archivos Gerber le permiten revisar visualmente los aspectos clave de su diseño de PCB de RF, como las líneas de transmisión.

Los programas como ViewMate también le permiten revisar los archivos.

Material de placa de circuito impreso de radiofrecuencia

Material de placa de circuito impreso de radiofrecuencia

Hay una serie de factores que debe tener en cuenta al elegir un material de PCB de RF. Incluyen:

Caracteristicas importantes

Los PCB de RF son bastante diferentes de los demás PCB. Esto es especialmente evidente en los materiales especiales que necesitará al fabricar PCB de RF.

Antes de analizar estos materiales, centrémonos primero en algunas características críticas que deben tener.

·Constante Dieléctrica (Er)

Esto se refiere a la medida de la capacidad del material para almacenar energía eléctrica en un campo eléctrico.

El eje del material afecta a la constante dieléctrica (Er) porque Er depende de la dirección.

El rango de frecuencia bajo el cual se prueba el material suele ser muy importante. Esto, junto con otros factores en las pruebas, siempre debe coincidir con los de la aplicación de destino.

·Coeficiente de Expansión Térmica (CTE)

En pocas palabras,  CTE explica el impacto del cambio de temperatura en el tamaño de un objeto. Por lo tanto, el CTE es muy importante cuando el tablero llega a las etapas de taladrado y montaje.

Esto se debe a que la precisión es muy importante durante el posicionamiento de los agujeros y componentes.

Un ligero cambio en el tamaño de un material individual en la pila puede provocar un gran error de alineación.

Los materiales como el PTFE pueden mancharse durante la perforación si el calor es excesivo.

Un material con un CTE deficiente puede resultar muy costoso porque puede romperse en las últimas etapas de producción, como la soldadura de componentes.

Los fabricantes prefieren materiales con un CTE más bajo porque pueden manejar el calor durante la perforación y el montaje.

·Tangente de pérdida

Tangente de pérdida suele depender en gran medida de la estructura molecular del material base.

Si bien no siempre es un problema para las PCB de baja frecuencia, la tangente de pérdida es una consideración fundamental para las PCB de RF.

Esto se debe a que siempre hay pérdida de señal a medida que aumenta la frecuencia.

Los PCB multicapa complejos son aún más sensibles. Generan calor adicional durante el funcionamiento, que debe controlarse para evitar la pérdida de frecuencia.

·Absorción de humedad

Considere siempre el entorno de trabajo de su dispositivo previsto. Los PCB para dispositivos diseñados para funcionar bajo el agua o en un entorno de alta humedad necesitarán características especiales para contrarrestar las implicaciones.

·Costo vs Desempeño

Mientras que las otras características son de importancia crítica, siempre es necesario equilibrar el rendimiento y el costo.

Siempre trate de obtener lo que sea asequible, mientras se asegura de que el material satisfaga sus necesidades de Er, CTE y Loss tangent.

Materiales comunes de PCB de RF

Teniendo en cuenta estas características, ¿cuáles son los materiales más comunes para las PCB de RF?

En la mayoría de los casos, los materiales de PCB de RF se obtienen combinando PTFE, ciertas formas de vidrio, hidrocarburos y cerámica.

·PTFE con Vidrio Tejido

Una de las combinaciones de mejor calidad generalmente se compone de PTFE con vidrio tejido o fibra de microvidrio.

Sin embargo, esta combinación es más costosa, y solo funciona cuando la búsqueda de la calidad supera con creces las consideraciones de costos.

A pesar de tener grandes propiedades eléctricas, tiene un alto CTE, lo cual es una debilidad.

El PTFE con fibra de microvidrio o vidrio tejido tiene excelentes propiedades eléctricas, pero un alto CET.

·PTFE con relleno de cerámica

Una combinación de PTFE y cerámica tiene un costo relativamente más bajo pero sigue siendo de buena calidad.

Esto se debe principalmente a que la fabricación de PCB de RF con este material es más fácil que la combinación de PTFE y microvidrio.

Esta opción viene con la fuerza de buenas características eléctricas. También tiene un CTE bajo, lo que significa que es térmicamente más fuerte.

Este material generalmente tiene una tasa de absorción de humedad más baja en comparación con cuando se agrega vidrio tejido, lo que aumenta la absorción de humedad.

·Cerámica con Hidrocarburo

Otra opción más sencilla de fabricar es la cerámica rellena de hidrocarburo. Tiene la ventaja de tener un CTE muy bajo.

Sin embargo, los PCB resultantes generalmente se caracterizan por características eléctricas más débiles y presentan señales menos confiables.

Los PCB fabricados con cerámica PTEF con hidrocarburo presentan solo un ligero aumento en la absorción de humedad. Esto significa que es una mejor opción si su objetivo es lograr un equilibrio entre el costo y la resistencia a la humedad.

Los aspectos más importantes que tendrá en cuenta al seleccionar una de estas opciones incluyen el precio y el rendimiento eléctrico.

Sin embargo, si va a haber tensión de soldadura en la etapa de ensamblaje, entonces la robustez térmica es crítica.

Esto también importa mucho si el dispositivo está destinado a trabajar en entornos como la industria aeroespacial, que son muy exigentes.

· FR4

Este es un material muy común, pero igualmente controvertido cuando se trata de fabricar PCB de RF.

En su mayoría, se considera absolutamente inadecuado para los PCB de RF, aunque algunos fabricantes piensan que se le debería dar una oportunidad.

Cuando es la única opción disponible y asequible, se puede considerar. Aún así, debe esperar que solo funcione para PCB de RF destinados a aplicaciones de muy baja frecuencia.

Aunque FR4 es muy barato en comparación con los otros materiales para RF PCB, es menos probable que logre un buen rendimiento.

Su tangente de pérdida obviamente va a ser un problema, lo que lo hace inapropiado para aplicaciones de alta potencia.

Abastecimiento de componentes para el diseño de placas de circuito impreso de RF

El primer paso en RF PCB abastecimiento de componentes es la preparación de un lista de materiales (lista de materiales). Esta es una lista bien detallada de todos los componentes que necesitará en la fabricación de su PCB RF.

BUENA

BUENA

Incluya los números de parte en la lista e información sobre el fabricante de cada una de las partes. Esto le dará una visión clara durante todo el proceso.

Normalmente, es posible que no esté en condiciones de fabricar todos estos componentes por su cuenta. Como resultado, tendrá que externalizarlos a los fabricantes.

Los fabricantes dependen de su BOM para obtener los componentes que necesita para su PCB de RF.

Abastecimiento de componentes

Abastecimiento de componentes

·Consideraciones en el abastecimiento de componentes de PCB de RF

Al subcontratar a un fabricante, hay una serie de factores que deberá tener en cuenta.

  • En primer lugar, evalúe los servicios ofrecidos por el fabricante.
  • También debe evaluar la experiencia del fabricante. En la mayoría de los casos, contar con personal calificado son indicadores de experiencia. Esto le asegura componentes impecables.
  • Es posible que también deba buscar la experiencia que el fabricante haya tenido en la fabricación de PCB de RF. Con un fabricante de este tipo, se asegurará de tener menos dificultades al subcontratarlos.
  • Otro factor vital a tener en cuenta es la certificación por parte de los organismos autorizadores. La certificación implica el cumplimiento de las normas establecidas. Como tal, está adecuadamente seguro de la calidad de los componentes que está comprando.
  • Un buen fabricante o proveedor de componentes también debería poder brindarle la cotización adecuada para los materiales necesarios. El fabricante se guiará por la lista de materiales presentada.
  • Envío: por lo general, los componentes son delicados y requieren transporte especializado. Es probable que los fabricantes que empacan y envían componentes consideren la seguridad de los componentes.
  • Garantía es también otra consideración esencial.

Cuando todos estos factores resultan ser positivos, puede estar seguro de que los componentes obtenidos satisfarán sus necesidades.

·Precauciones al adquirir componentes de PCB de RF

También hay una serie de medidas de precaución que debe tomar al decidir el fabricante del que obtendrá los componentes.

  • Primero debe evitar tomar una decisión apresurada al elegir el fabricante. Es probable que una decisión apresurada obstaculice su análisis de las ventajas y desventajas de la lista de fabricantes.
  • Correrá demasiado riesgo si no deja claro el objetivo del proyecto. Al buscar los componentes de la placa de circuito impreso de RF, debe quedar claro lo que pretende hacer con la placa de circuito impreso.

Si esto no se hace, es probable que el fabricante excluya algunos componentes o agregue otros irrelevantes. En última instancia, esto conducirá a fallas en la aplicación final si se utilizan los componentes incorrectos.

  • Al subcontratar, también es importante que confíe en el fabricante con la producción. Esto significa darles la libertad de ser lo suficientemente innovadores al obtener los componentes. Como tal, cuando no hay confianza, no hay necesidad de seguir trabajando con un fabricante en particular.
  • No es aconsejable buscar la mejor oferta. La calidad generalmente tiene un costo.

Cuando los precios son demasiado bajos, se supone que la calidad de los componentes se verá comprometida. Esto también comprometerá el rendimiento general de la PCB de RF.

  • Investigue y asegúrese de tener una idea aproximada de los precios de mercado de los componentes.
  • Si es posible, evite la subcontratación en el extranjero. Por lo general, los costos tienden a ser más altos cuando obtiene los componentes en el extranjero. En ocasiones, el envío conduce a la destrucción de los componentes, lo que conduce a un rendimiento deficiente de la placa de RF.

 Clasificación del diseño de placa de circuito impreso de radiofrecuencia

Placa de circuito impreso de radiofrecuencia

Placa de circuito impreso de radiofrecuencia

Existen diferentes tipos de placa de circuito impreso multicapa, según la aplicación prevista. Según los tipos de PCB de RF con los que se pretende incluir el diseño, el diseño de PCB de RF se puede clasificar como:

1. Diseño de PCB RF multicapa

En PCB RF multicapa, la placa tiene más de dos capas. El menor número de capas conductoras en este tipo de placa es tres. Estas capas conductoras están enterradas en el centro del material.

Por lo general, se supone que debes hacer la alternancia de las capas de materiales preimpregnados y del núcleo. Luego procederá a laminarlos juntos bajo altas temperaturas y presión.

El resultado será una PCB multicapa.

Este procedimiento es importante porque te ayudará a expulsar el aire atrapado entre las capas. Además, encapsula los conductores con resina.

A continuación, el adhesivo que mantiene unidas las capas se funde y cura.

Hay una serie de combinaciones de materiales a su disposición al fabricar su PCB de RF multicapa. Puedes usar vidrio epoxi básico o incluso cerámica exótica.

Otra opción es utilizar materiales de teflón.

2. Diseño rígido de PCB RF

Los PCB RF rígidos son aquellos que se fabrican con material de sustrato sólido. Estos evitan que el tablero se tuerza, de ahí el término "rígido".

El refuerzo FR4 es el material más utilizado en el proceso de refuerzo. También se compone de trances y caminos de cobre.

Por lo general, se incorporan en la placa única para proporcionar espacio para conectar varios componentes.

Tradicionalmente, estos PCB rígidos de RF son los más utilizados en comparación con sus equivalentes de PCB flexibles. Esto se debe principalmente a los costos involucrados en el uso de este último.

El diseño rígido de PCB de RF requiere el uso de un software de diseño adecuado. Algunas opciones preferidas aquí son Altium, Proteus o EasyPC.

Los PCB RF rígidos se componen de varias capas. Estas capas se combinan usando calor y adhesivo. Esto le da al tablero una forma sólida.

La capa de sustrato está hecha de fibra de vidrio. Tenga en cuenta que se requerirá calor adicional para laminar la capa de cobre sobre el.

Para fines de aislamiento, el diseño debe incorporar la adición de una capa de máscara de soldadura sobre la capa de cobre.

Además, agregue serigrafía sobre la capa de máscara de soldadura.

3. Diseño de PCB RF de un solo lado

Esta es la forma más simple de placa PCB de RF. El diseño tiene un solo material conductor.

Los PCB de un solo lado generalmente se prefieren para diseños de baja densidad.

Recuerde que no hay trenzas a través de los agujeros en este tablero.

Los PCB de RF de un solo lado utilizan principalmente materiales para PCB de RF de un solo lado que incluyen FR4, base de aluminio y cobre.

4. Diseño de PCB RF de doble cara

En este tipo de PCB de RF, hay dos capas de cobre conductoras. Esto significa que el tablero está diseñado con trazos o caminos en ambos lados. Significa que hay una conexión entre los dos lados.

Esto es posible gracias a los agujeros que se perforan en el tablero. El montaje de los componentes en la placa se realiza mediante tecnología de orificio pasante y tecnología de montaje superficial.

Este diseño prevé la laminación de capas en ambos lados del tablero.

La resina epoxi de vidrio se utiliza como material aislante en la base del diseño. La lámina de cobre también se lamina a ambos lados del sustrato.

Para su protección, necesitará una máscara de soldadura sobre ambos lados del diseño de la placa de circuito impreso de RF.

Proceso de fabricación de placas de circuito impreso RF

A continuación se muestra un esquema elaborado de todo el proceso de diseño de PCB de RF, desde la fabricación, el ensamblaje hasta las pruebas de calidad.

¿Paso 1? Diseño y diseño de PCB

El diseño marca el primer paso en la fabricación de RF PCB. Primero, diseñe el diseño de la placa de circuito impreso de RF. El diseño se puede emular desde el prototipo utilizando uno de los software de diseño de PCB de RF que ya hemos discutido.

¿Paso 2? Preparación de la producción

Cortar Laminado-A partir del diseño, proceder a cortar laminado del mismo tamaño del tablero o del tamaño del panel.

por Aspersión

El secado se realiza para evitar que el tablero se deforme durante el procesamiento. Esto debe hacerse alrededor de 150? durante unas 3 a 4 horas.

Paso 3?Imágenes de capa interna

película interior

Aplique una película seca al tablero con núcleo de cobre desnudo. Proceda a realizar reacciones con imágenes fotográficas en la película seca.

Desarrollo de la capa interna

Cuando haya terminado, habrá expuesto la placa central. Se revela la película seca que no había sido expuesta antes. Esto revelará la piel de cobre original exponiendo la película seca retenida. Use imágenes fotográficas en este paso.

¿Paso 4? Grabado de la capa interna

Aguafuerte

A través de la línea de grabado, podrá proteger la piel de cobre con una película seca. Proceda a eliminar la piel de cobre que no esté protegida por la película seca. Esto expondrá los patrones que se supone que deben conservarse.

Descargando la película

Proceda a retirar la película seca de la lámina de cobre en el tablero central. Una vez hecho esto, se formará el patrón de línea que debe conservarse.

¿Paso 5?Capa interna AOI

La inspección óptica automática es el primer paso de inspección. Le permitirá comprobar si hay un cortocircuito o una apertura de la placa central. También lo ayudará a inspeccionar si el grabado está limpio o no.

¿Paso 6? Laminación

Use un medio aislante para presionar la lámina de cobre en una placa entre las capas.

¿Paso 7? Perforación

Proceda a perforar la placa de laminado. Al momento de hacer esto, no debe haber metal en el agujero. Esto ayuda a garantizar que la capa no esté conectada a otra capa.

Paso 8? Deposición de cobre sin electrodos

A continuación, cubra el agujero con una capa muy fina de cobre. Esto se logra a través de una reacción química.

¿Paso 9? Recubrimiento electrolítico horizontal

Use la reacción de electrotransferencia para engrosar el agujero. El espesor debe estar entre 5-8 µm. Esto es posible gracias a la existencia de una capa ya delgada de cobre metálico en el orificio.

Paso 10?Imágenes de la capa exterior

Película de capa exterior

Sobre el tablero con núcleo de cobre desnudo, aplique una película seca. Esta película seca es necesaria para realizar todas las reacciones de fotoimágenes.

La diferencia entre esta capa interior y la capa exterior es la perforación en la placa. La unión de la película seca a la placa ofrecerá protección al orificio.

Desarrollo de la capa exterior

Después de haber revelado la capa interna, se retiene el cobre que se encuentra debajo de la película seca. Sin embargo, después del desarrollo de la capa exterior, se graba. El cobre que debe conservarse se deja expuesto.

¿Paso 11? Recubrimiento gráfico

Recubrimiento de cobre grueso

Recubra el cobre desnudo con el espesor del cobre terminado. Este espesor debe medir entre 18 y 25 µm.

Asegúrese de enchapar la superficie del espesor de cobre y el espesor de los orificios de cobre juntos. Habrá alcanzado el espesor de orificio de cobre recomendado.

Estañado

Para proteger la lámina de cobre, proceder a espesar la superficie del cobre con una capa de estaño metálico blanco.

Deshacerse de la película

Ahora puede deshacerse de la película seca que está adherida al tablero. Grabe el cobre que está debajo de la película seca.

El estaño utilizado en el subpaso anterior ayudará a garantizar que se retenga el cobre necesario.

¿Paso 12? Grabado de la capa exterior

Aguafuerte

El estaño ofrecerá protección al cobre deseado en esta etapa. Cuando grabe la línea, el cobre que había expuesto se eliminará. Mientras tanto, quedará el cobre que habías protegido con estaño.

Eliminación de estaño

Proceda a retirar el estaño utilizado para proteger el cobre. Como resultado, el cobre destinado a permanecer quedará expuesto. En este punto, todos los patrones exteriores se habrán completado.

¿Paso 13? Enmascaramiento de soldadura

Profundice el panel en la máscara de soldadura líquida. Proceda a exponer el tablero a los rayos ultravioleta de alta intensidad.

La aplicación de máscara de soldadura se realiza para ofrecer protección contra la oxidación al circuito de cobre.

¿Paso 14? Serigrafía

En este paso, imprimirá información en la pizarra. Esto lo convierte en un paso crucial en la fabricación de PCB.

¿Paso 15? Acabado superficial

Este paso garantizará que la superficie de la placa esté protegida y pueda soldarse.

Después del proceso de perfilado, también puede optar por otros procesos de acabado superficial. Estos incluyen V-CUT y dedo dorado.

CORTE EN V

En esta opción, cortará el panel en tamaños y formas específicos, según las aplicaciones previstas del tablero. Puede lograr esto usando un enrutador o una ranura en V.

Cuando tiene la intención de dejar pestañas pequeñas, entonces un enrutador es la mejor opción para usted. La ranura en V, por otro lado, le permitirá cortar canales diagonales en ambos lados del tablero.

Dedo de oro

Esto simplemente se refiere a los conectores chapados con oro. Como tal, se asegurará la durabilidad de los conectores de borde. Esto contribuye en gran medida a proteger la placa de circuito impreso de RF de un mal funcionamiento.

Paso 16 Pruebas eléctricas

Es importante realizar pruebas eléctricas en el tablero. Esto le ayudará a asegurarse de que es funcional.

Por lo general, se realizan dos pruebas principales: pruebas de aislamiento y pruebas de continuidad del circuito.

¿Paso 17? Inspección visual final (FQA? FQC)

Después del proceso de fabricación, se puede realizar una inspección visual en la PCB RF terminada.

Si se detecta una anomalía subsanable, se corrige. De lo contrario, si la anomalía es adversa, el tablero se descarta. Esto ayudará a garantizar que las aplicaciones previstas funcionen de manera efectiva.

Normas y reglamentos de calidad de diseño de PCB de RF

Muchos estándares y regulaciones rigen el diseño de PCB de RF. Al observar estos estándares, los fabricantes de todo el mundo pueden llegar a diseños de PCB RF de calidad.

También mejora la compatibilidad del diseño con los componentes y los procedimientos de producción de las empresas pertinentes.

Algunas de estas normas y reglamentos son:

Proceso de inspección de calidadinspección de calidad

§CGMP

Al identificar un fabricante de PCB de RF, uno de los estándares de calidad que se deben verificar es CGMP.

CGMP son las siglas de Regulaciones Actuales de Buenas Prácticas de Manufactura. Es un conjunto de regulaciones establecidas por la Administración de Alimentos y Medicamentos.

Como tal, estas regulaciones aseguran que el diseño de su PCB RF sea monitoreado. También regula los procesos de fabricación y las instalaciones dentro de las cuales se realiza el proceso de producción.

Al diseñar una PCB de RF, deberá cumplir con estos estándares.

§IEEE

Esto se refiere al Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos.

Es una sociedad profesional que promueve el desarrollo e incluso la aplicación de la electrotecnología.

La suscripción a este organismo le permitirá utilizar la tecnología actual en el diseño y fabricación de PCB de RF.

§CE

Esta es la marca de certificación en el Espacio Económico Europeo. Garantiza que su diseño de PCB de RF cumpla con una serie de estándares establecidos.

También la calidad de los componentes que se fabrican o importan para su uso en la región de la UE

Como tales, incluyen estándares de salud, estándares de seguridad del usuario e incluso estándares de protección ambiental.

Cuando compre componentes para su PCB de RF en el mercado europeo, asegúrese de que lleven esta marca.

Los componentes fabricados fuera de Europa pero que se van a vender dentro de la comunidad también llevan esta marca.

§RoHS

Esta marca de estandarización restringe las sustancias peligrosas. Se utiliza mucho en la Unión Europea.

Está más centrado en restringir el uso de sustancias peligrosas en productos eléctricos y electrónicos.

El período de validez de esta marca de normalización es de cinco años.

Se imponen restricciones a productos como el led, el mercurio, el cromo y el cadmio. PBB y PBDE también restringidos.

Su diseño debe estar restringido dentro de los límites de estas reglas.

También deberá verificar esta marca de estandarización antes de comprar componentes de RF PCB.

Esta es una marca de estandarización universalmente aceptada, por lo que debe esperarla en la mayoría de los productos.

§ CCC

Esto se refiere a la marca de certificación china. Es una marca obligatoria para los productos que se importan y venden o incluso se utilizan en China.

Cuando compre sus componentes de RF PCB de China, consulte esta marca para determinar los estándares de calidad.

§YO ASI

ISO 9000 es una marca de estandarización para ayudar a las organizaciones a asegurarse de que se satisfagan las necesidades de los consumidores.

A medida que se satisfacen las necesidades, se espera que la calidad esté a la altura de las normas de producción establecidas.

Es una de las marcas de estandarización más comunes. Esta certificación de la empresa y los componentes que está comprando es una confirmación de calidad.

§ASTM

Esta es también una organización internacional de estandarización. Su función es desarrollar y hacer publicaciones de estándares mutuamente acordados tanto para materiales como para productos.

Esto también se aplica a los sistemas y servicios.

Consulte los componentes de su placa de circuito impreso de RF para asegurarse de obtener un producto de calidad.

Conclusión

Las placas de circuito impreso de RF son una categoría excepcional de PCB, según los materiales utilizados y los requisitos de diseño únicos.

Esto se debe a los requisitos de frecuencia que los hacen indeseables para materiales y diseños comunes.

Después de leer esta guía, ahora sabe qué informa todas estas características especiales.

También está bien versado en todas las pautas y consideraciones para los PCB de RF.

Siempre puede consultar aquí para obtener guías más elaboradas como esta.