Progettazione PCB RF

Per un processo di produzione di PCB a radiofrequenza (RF) di successo, è necessario adottare procedure di progettazione, fabbricazione e assemblaggio rigorose.

È l'unico modo per evitare possibili diafonia, mantenere l'integrità del segnale, prevenire possibili guasti dei componenti e molti altri.

La guida di oggi cattura tutti gli aspetti di base e avanzati della progettazione e fabbricazione di PCB RF.

Cominciamo.

Nozioni di base sulla progettazione di PCB RF

PCB RF

Che cos'è il circuito stampato a radiofrequenza?

Possiamo generalmente definire PCB RF come circuiti stampati progettati per funzionare su frequenze medio-alte.

Qualsiasi circuito stampato ad alta frequenza che opera al di sopra di 100 MHz, quindi, rientra nella categoria di frequenza radio PCB.

Tuttavia, quando si parla di PCB RF, l'effettiva gamma di frequenza di riferimento è generalmente da 300 MHz e oltre.

I PCB RF che operano al di sopra di 2 GHz sono noti come PCB a microonde.

Progettazione PCB per applicazioni RF

Esistono diverse applicazioni che dipendono dal design del PCB RF.

Puoi attribuirlo alle capacità uniche dei PCB RF. Ecco alcune di queste applicazioni.

io. Sistemi di sicurezza

I circuiti stampati a radiofrequenza sono ampiamente utilizzati nei sistemi e nei dispositivi di sicurezza.

Sistema di sicurezza RF

Questi dispositivi di solito dipendono da PCB RF per un funzionamento efficace e la resistenza alle fluttuazioni delle condizioni termiche e ambientali.

Questo aiuta a garantire che la sicurezza non sia compromessa indipendentemente dalle condizioni ambientali o termiche.

Dispositivi come scanner a corpo intero, scanner a retrodiffusione e rivelatori di metalli utilizzano PCB RF.

ii.Industria delle comunicazioni

I circuiti stampati a radiofrequenza sono anche in grado di sostenere la trasmissione ad alta larghezza di banda dei sistemi di dati. Questo li rende uno dei preferiti nel settore della comunicazione.

I PCB RF vengono utilizzati anche nella produzione di telecomandi che aiutano nella comunicazione wireless.

Anche i satelliti di comunicazione vengono prodotti utilizzando PCB RF. Di solito, vengono utilizzati per trasmettere informazioni in condizioni non amichevoli dal punto di vista termico e ambientale.

Con RF PCB, vi è la certezza che tali fluttuazioni non influiranno sulle prestazioni.

Un'altra area di applicazione comune dei PCB RF in questo settore è la produzione di smartphone

 iii. Elettronica di consumo

I circuiti stampati a radiofrequenza sono utili anche nella produzione di elettronica di consumo. Ciò è dovuto principalmente alle loro prestazioni termiche ed elettriche.

Ancora una volta, i PCB RF tendono ad essere relativamente più economici, quindi convenienti per la maggior parte dei consumatori.

Dispositivi come smartphone, orologi intelligenti, microonde e radio sono prodotti utilizzando circuiti stampati RF.

Microonde

IV. Applicazioni militari

Le applicazioni militari sono spesso esposte a condizioni meteorologiche e termiche fluttuanti. In quanto tali, i PCB RF sono ampiamente utilizzati nella loro produzione.

Questa preferenza si basa sulla sua capacità di sopportare le fluttuazioni termiche e ambientali.

Apparecchiature di comunicazione militare

Tali applicazioni militari includono satelliti, radiotelefoni, scanner di sicurezza, aerei e veicoli militari.

v. Applicazioni mediche

I PCB a radiofrequenza sono stati utilizzati da tempo nell'industria medica. Di solito, i dispositivi medici come le macchine a raggi X e gli scanner medici vengono prodotti utilizzando PCB RF.

Lo stesso si può dire degli impianti medici come i pacemaker.

Macchina a raggi X

vi.Industria automobilistica

I veicoli a motore necessitano di prestazioni elettriche migliorate. Anche l'industria automobilistica è regolamentata per garantire che sia conforme agli standard di produzione stabiliti.

I PCB RF rendono realizzabili questi standard stabiliti.

Impianto di assemblaggio veicoli completamente automatico

vii.Applicazioni industriali

Nelle industrie, di solito c'è il desiderio di produrre prodotti efficaci e affidabili.

Ciò significa che le richieste di prodotti in grado di sopportare le fluttuazioni termiche e ambientali sono elevate.

I PCB RF soddisfano efficacemente queste condizioni.

Rivelatore RF

In breve, tutti questi gadget elettronici elettrici utilizzano circuiti PCB RF per trasmettere segnali.

Vantaggi dei circuiti stampati RF

Il fatto che il design di questi PCB utilizzi materiali ad alta frequenza offre loro numerosi vantaggi per le applicazioni MHz e GHz.

È grazie ai seguenti vantaggi che i PCB RF sono ideali per applicazioni come radar militari, telecomunicazioni e sistemi di rete di computer.

Circuito stampato RF

• Struttura PCB stabile: hanno una struttura PCB che presenta un'eccellente stabilità, anche in ambienti ad alta temperatura. Possono funzionare fino a 40 GHz quando si lavora con applicazioni analogiche.
• Tangente a bassa perdita: grazie alla tangente a bassa perdita e alla costante dielettrica stabile (Er), i segnali ad alta frequenza possono viaggiare attraverso il PCB con un'impedenza minima e ad alta velocità.
• Costi di assemblaggio inferiori: grazie alla possibilità di sviluppare una pila di pannelli multistrato, i materiali possono essere facilmente combinati in una pila. Ciò porta a PCB più piccoli e meno costosi con prestazioni ottimali.
• questi PCB, più schede possono essere facilmente allineate in un layout complesso.
• Anche l'assemblaggio di componenti a passo fine sulla scheda è facile

Sfide nella progettazione di circuiti stampati RF

I seguenti problemi sono comuni durante la progettazione di PCB RF, e richiedono molto lavoro preventivo durante il processo di progettazione.

• La sensibilità al rumore I PCB RF comportano squilli e riflessioni. Pertanto, dovrai trattarli con la massima cura
• È noto che i PCB ad alta frequenza di adattamento di impedenza hanno una tolleranza minima, rendendo quindi necessaria la necessità di controllare l'impedenza. Ciò è particolarmente necessario per tracce di lunghezza maggiore.
• I segnali di ritorno-perdita di ritorno possono essere un grosso problema, specialmente per le alte frequenze delle microonde. È essenziale avere un buon design per il PCB che consideri questo.
• Questo per garantire che il segnale di ritorno non attraversi gli aerei di alimentazione oi multistrati. Se ciò accade, il controllo dell'impedenza è ostacolato
• Crosstalk-Crosstalk è un altro problema comune per i PCB RF. Questo problema è solitamente peggiore quando la densità della scheda è maggiore.

Linee guida per il layout di PCB RF

Progettazione PCB RF

Linee di trasmissione RF

Le linee di trasmissione dell'impedenza sono utili per trasferire potenza da e verso i pin IC.

Qui, esamineremo i diversi tipi, comprese le microstrisce, le strisce sospese e le linee con messa a terra.

1.Microstriscia

Le linee di trasmissione a microstriscia hanno un percorso metallico a larghezza fissa e un piano di massa ininterrotto posizionato sullo strato successivo.

L'impedenza caratteristica dipenderà dal tipo e dallo spessore dello strato dielettrico. Di solito varia tra 50O e 75O.

2. Stripline sospesa

Questa è composta da uno strato interno e da una fresatura con larghezza fissa. Ha solide basi sopra e sotto il conduttore centrale, di solito nel mezzo dei piani di massa o sfalsato.

3. Guida d'onda complanare (con messa a terra)

Durante la progettazione PCB RF, una guida d'onda complanare aiuta a isolare meglio tra le linee RF e le altre linee di segnale.

Ha un conduttore centrale e piani di massa su un lato. Inoltre, dovrebbe avere tramite recinzioni su entrambi i lati.

Impedenza caratteristica

Esistono diversi modi per calcolare e impostare con precisione la larghezza della linea del conduttore del segnale per il target impedenza.

Si noti solo che la costante dielettrica per gli strati laminati esterni è generalmente inferiore a causa del contenuto di vetro inferiore.

Si dovrebbe quindi essere cauti quando si inserisce la costante dielettrica degli strati per ottenere un equilibrio ottimale.

Angoli e curve

Gli angoli e le curve delle linee di trasmissione non dovrebbero mai essere ad angolo retto. Tutte le linee di trasmissione ad angolo dovrebbero avere bordi arrotondati.

Le linee di trasmissione ad angolo acuto (ad angolo retto) sono soggette a perdite maggiori.

Il raggio di curvatura per i bordi arrotondati deve essere almeno 3 volte la larghezza del conduttore centrale. Questo aiuta a garantire la stabilità dell'impedenza mentre la corrente passa attraverso la curva.

Nei casi in cui, per qualsiasi motivo, non è possibile elaborare una curva, è possibile utilizzare un misuratore angolato per ridurre le fluttuazioni di impedenza.

Cambiamenti di livello per le linee di trasmissione

Per ridurre il carico di induttanza, utilizzare almeno due fori passanti per ogni transizione di una linea di trasmissione tra due strati.

Utilizzare il diametro più grande compatibile con la larghezza della linea di trasmissione.

Puoi anche usarne tre vias se non è possibile utilizzare le vie di diametro maggiore per motivi di spazio.

Isolamento della linea di segnale

Tenere le linee di trasmissione il più distanti possibile. Non disporli mai l'uno vicino all'altro per lunghe distanze in quanto ciò può anche aumentare l'accoppiamento.

Assicurati che ci sia un piano terra per tenere separate le linee che si incrociano su livelli separati. Tenere lontane le linee di segnale ad alta potenza da tutte le altre linee.

Piani di terra

Utilizzare un piano di massa continuo per il livello 2. Le strip line e le stripline offset richiedono la presenza di piani di massa sopra e sotto il conduttore centrale.

Non utilizzare questi aerei per segnali o reti elettriche.

Se devi utilizzare piani di massa parziali, questi devono essere al di sotto dei componenti e delle linee di trasmissione.

Non demolire mai i piani di massa o posizionarli sotto le linee di trasmissione.

Per evitare percorsi di ritorno a terra che possono causare un aumento dell'induttanza di terra parassita, aggiungere un numero sufficiente di vie di terra tra gli strati.

Questo aiuterà anche a prevenire il cross-coupling.

Selezione di condensatori di disaccoppiamento o bypass

Qualsiasi condensatore operante al di sopra del frequenza auto-risonante (SRF) è induttivo.

Pertanto, non possono essere efficaci nel disaccoppiamento. SRF significa che i condensatori hanno intervalli di capacità limitati.

Se è necessario il disaccoppiamento a banda larga, utilizzare molti condensatori con capacità maggiore.

Considerazioni sulla disposizione del condensatore di bypass

L'induttanza parassita sul percorso di terra CA deve essere ridotta al minimo perché le linee di alimentazione devono essere terra CA.

L'induttanza parassitaria di solito si verifica in base alla scelta dell'orientamento dei componenti.

Messa a terra dei componenti collegati tramite shunt

Un esempio di questi componenti è un condensatore di disaccoppiamento dell'alimentazione.

Per ciascuno di questi componenti, utilizzare più di una via di messa a terra per ridurre l'impatto dell'induttanza parassita. Per una raccolta di componenti collegati tramite shunt, è possibile utilizzare tramite isole di terra.

Considerazioni sulla progettazione di PCB RF

Fin dall'inizio, devi esserti reso conto che i circuiti stampati RF sono abbastanza diversi dagli altri tipi di PCB.

Si basano su materiali speciali e considerazioni speciali, come indicato di seguito.

Scheda a circuito stampato RF

1) Ridimensionamento

Poiché i PCB vengono polimerizzati durante la laminazione a caldo, gli strati interni perderanno una certa massa. A causa di questa perdita anticipata, è fondamentale aumentare di una certa percentuale i circuiti.

Ciò garantisce che quando gli strati perdono peso, raggiungano le dimensioni desiderate.

I materiali ad alta frequenza utilizzati nei PCB RF di solito si comportano in modo diverso. Ciò significa che il ridimensionamento è molto difficile perché dovrai comprendere il materiale specifico.

Calcolare il fattore di scala per il particolare materiale che stai utilizzando è una sfida che devi affrontare.

In caso contrario, ti ritroverai con schede con una cattiva registrazione dal trapano al pad e da uno strato all'altro. Tali schede non funzioneranno correttamente.

Nel tempo, tuttavia, dovresti essere in grado di determinare fattori di scala coerenti per i materiali, rendendolo più semplice.

2)Preparazione della superficie

I tipi di PTFE sono molto sensibili quando si tratta di preparazione della superficie multistrato.

Una preparazione molto aggressiva può deformare il materiale perché è relativamente più morbido. Una deformazione significativa renderà il PCB rottame.

Durante la sbavatura, il supporto può finire per lucidarsi, il che influisce negativamente sull'adesione. Richiede di anticipare sempre la necessità di un trattamento speciale.

3) Preparazione del foro

A causa della diversa natura dei materiali utilizzati nel PCB RF, sarà necessario utilizzare metodi diversi nella preparazione dei fori.

Pertanto, è necessario regolare i parametri della perforatrice per garantire che non vi siano sbavature sulla superficie.

Anche in questo caso, per il trattamento dei fori dopo la perforazione vengono utilizzati gas diversi dai soliti. È necessario, quindi, pianificare tutti i passaggi necessari per garantire che i fori escano puliti.

4)Tassi di espansione termica

Se stai progettando un PCB multistrato ibrido combinando materiali ad alta frequenza con FR4, devi abbinare correttamente i materiali.

Questo perché se le caratteristiche del materiale non corrispondono, le velocità di espansione degli strati saranno diverse.

Dovrai anche abbinare i materiali di riempimento dei fori che usi per tappare i via con gli altri materiali nella pila.

Se sei un designer esperto e un fabbricante, questo non dovrebbe essere un grosso problema. Molto probabilmente hai dovuto analizzare queste caratteristiche del materiale prima.

5) Lavorazione

Il comportamento dei materiali RF quando sottoposti a macchine diverse di solito differisce dai laminati FR4.

Durante la perforazione, ad esempio, i materiali impregnati di ceramica possono risultare molto duri per le punte da trapano.

In questi casi, il numero di giri e l'avanzamento del mandrino devono essere personalizzati in base alle caratteristiche specifiche del materiale. Questo ti aiuterà anche ad evitare le fibre che di solito rimangono all'interno delle pareti del foro

Per evitare una cattiva qualità del bordo, utilizzare punte speciali sviluppate per laminati RF. Se usi un tipo sbagliato di router, è probabile che lo strumento si appallottoli contro le fibre della tavola, dandogli un bordo peloso.

Il punteggio V può anche danneggiare il materiale RF e non è raccomandato a meno che non sia strettamente necessario. È probabile che la lama della macchina per il punteggio a V strappi via il rame dalla superficie.

6) Materiale PCB

Come abbiamo già visto nelle sezioni precedenti di questa guida, i PCB RF sono molto "scelti" quando si tratta di materiali di base.

Materiali come FR4 sono di qualità molto bassa quando si tratta di produrre PCB RF.

Il pericolo di scegliere il materiale sbagliato è che i problemi si realizzano principalmente dopo la produzione, portando a perdite estreme.

Se stai assumendo un produttore di PCB, potresti dover ispezionare i campioni se dubiti della scelta dei materiali. Altrimenti, rischi di ottenere un intero ordine di rottami.

7) Scelta della linea di trasmissione

La scelta della linea di trasmissione giusta è fondamentale per le prestazioni del PCB RF.

Ci sono due opzioni principali nella scelta delle linee di trasmissione per PCB RF: Guide d'onda complanari con messa a terra (GCPW) e Microstrip.

Se il tuo design è più compatto, un GCPW darà prestazioni migliori perché:

• Sono caratterizzati da un piano terra ininterrotto
• Gli strati con messa a terra consentono un maggiore isolamento per le linee di trasmissione. Ciò riduce al minimo le perdite e le riflessioni.

Nonostante questi punti di forza, la maggior parte dei progettisti preferisce la microstriscia perché la maggior parte dei programmi non supporta i GCPW.

8)Dimensioni delle Linee di Trasmissione

Le dimensioni delle linee di trasmissione di solito influiscono sulle prestazioni del PPCB. Tutte le linee di trasmissione e i componenti devono essere a un'impedenza di 50 O o molto vicini.

Anche in questo caso, è probabile che l'utilizzo di linee di trasmissione molto sottili porti a prestazioni peggiori.

9) Tramite spaziatura e posizionamento

La spaziatura tra i via deve essere sempre appropriata perché i via sono essenziali per le prestazioni del PCB RF. Sono i via che aiutano a ridurre l'induttanza di terra nel PCB RF.

Aiutano anche a risolvere i problemi che derivano da un accoppiamento indesiderato.

10)Routing su Bias e Ground Layers

Nella progettazione di PCB RF, il percorso della corrente di ritorno degli strati di polarizzazione del sistema dovrebbe essere ben controllato.

Gli strati di segnale tra bias e ground layer portano a percorsi di ritorno più ampi. Ciò provoca l'accoppiamento del rumore sugli strati di segnale.

Per un buon layout, non dovrebbe esserci alcuna linea di segnale tra gli strati di terra e il bias.

Software di progettazione PCB RF

In qualità di ingegnere progettista RF o microonde, progettare un PCB RF ben funzionante può essere un compito così difficile. Quello che non vuoi è finire il lungo e noioso processo, solo per renderti conto che devi ricominciare tutto da capo.

Bene, il segreto è nell'automazione e dovrai ottenere il software corretto per il lavoro. Di seguito sono riportati alcuni dei migliori strumenti per aiutarti con un'ottima progettazione di PCB RF.

 Software per la progettazione di PCB

· Sistema di progettazione avanzata

ADS è principalmente considerato il software leader per la progettazione di PCB RF. È molto popolare grazie all'interfaccia semplice e alla tecnologia altamente innovativa.

A causa di questi punti di forza, ADS è utilizzato dalla maggior parte delle principali società di comunicazione, networking, aerospaziale e difesa per progettare PCB RF.

·Ufficio a microonde

Questo è un altro software di progettazione con un'interfaccia molto interattiva.

Comprende un'integrazione di strumenti e tecnologie molto innovativi con gli strumenti dell'azienda partner (specifici per la particolare applicazione).

Il risultato è un eccellente sistema software che produce facilmente progetti ad alta frequenza. Sta rapidamente emergendo come il futuro della progettazione di PCB RF.

·Altium

Altium è ampiamente considerato come uno dei software di progettazione PCB più privi di stress. Incorpora strumenti di progettazione e progettazione PCB in un'unica interfaccia, semplificando così l'intero processo.

Altium designer consente un flusso regolare e coerente dallo sviluppo del concetto alla progettazione del PCB.

Guida un processo senza intoppi attraverso la modellazione 3D fino alla produzione finale.

La chiarezza e la coerenza sono fondamentali nella progettazione RF per evitare di commettere anche il minimo errore. Ricorda, la progettazione di PCB RF richiede precisione perché qualsiasi semplice errore porta a un'enorme perdita.

Altium consente anche file gerber come recensioni sui file PCB.

· Designer Ansoft

La particolarità di Ansoft Designer è che consente una simulazione gerarchica e diretta di complesse reti distribuite. Ciò porta a un circuito simile (nella funzionalità) al design ad alta frequenza, che porta a eccellenti PCB RF.

·Aquila

Eagle è un software di progettazione PCB molto popolare, in particolare per gli altri tipi di PCB comuni. Ha un set ben organizzato di strumenti, tra cui un editor schematico, un editor di layout e l'autorouter.

Ciò consente un processo di progettazione PCB altamente integrato.

L'elenco dei software di progettazione che è possibile utilizzare per progettare PCB RF è lungo. Oltre a quelli di cui abbiamo discusso sopra, altri sono:

6. KiCad
7. Autocad
8. O Carta
9. MATLAB
10. Micro-tappo
11. Calibre
12. Hspice
13. Morbido al microonde
14. S-Modifica
15. L-Modifica
16. HFSS
17. Cadenza
18. Banco da lavoro elettronico

Come puoi vedere, ci sono diverse opzioni software tra cui scegliere. Allora come si sceglie quale scegliere?

Un buon software di progettazione PCB è quello che è facile da usare. Prendi in considerazione l'idea di utilizzare un software ampiamente utilizzato per consentire una facile collaborazione con altri attori del settore.

Sebbene alcune opzioni software siano molto costose, alcune economiche e altre addirittura gratuite, il prezzo non dovrebbe essere il fattore principale.

È inoltre fondamentale assicurarsi che il software consenta di rivedere i file una volta terminato il progetto. Per ottenere ciò, il formato di archiviazione deve consentire tali revisioni.

I file Gerber ti consentono di rivedere visivamente gli aspetti chiave del tuo progetto PCB RF, come le linee di trasmissione.

Programmi come ViewMate consentono anche di rivedere i file.

Materiale PCB RF

Materiale PCB RF

Ci sono una serie di fattori da considerare quando si sceglie un materiale PCB RF. Loro includono:

Caratteristiche importanti

I PCB RF sono abbastanza diversi dagli altri PCB. Ciò è particolarmente evidente nei materiali speciali di cui avrai bisogno per la realizzazione di PCB RF.

Prima di esaminare questi materiali, concentriamoci prima su alcune caratteristiche critiche che devono avere.

·Costante dielettrica (Er)

Questo si riferisce alla misura della capacità del materiale di immagazzinare energia elettrica in un campo elettrico.

L'asse del materiale influisce sul costante dielettrica (Er) perché Er dipende dalla direzione.

L'intervallo di frequenza in cui viene testato il materiale è solitamente molto importante. Questo, insieme ad altri fattori durante il test, deve sempre corrispondere a quelli dell'applicazione di destinazione.

·Coefficiente di dilatazione termica (CTE)

In poche parole, CTE spiega l'impatto del cambiamento di temperatura sulle dimensioni di un oggetto. CTE è quindi molto importante quando la scheda arriva alle fasi di foratura e montaggio.

Questo perché la precisione è molto importante durante il posizionamento dei fori e dei componenti.

Un leggero cambiamento nelle dimensioni di un singolo materiale nella pila può portare a un enorme errore di allineamento.

Materiali come il PTFE possono macchiare durante la perforazione se il calore è eccessivo.

Un materiale con CTE scadente può rivelarsi molto costoso perché può rompersi nelle ultime fasi della produzione come la saldatura dei componenti.

I produttori preferiscono materiali con CTE inferiore perché sono in grado di gestire il calore durante la perforazione e l'assemblaggio.

·Perdita tangente

Perdita tangente di solito è fortemente dipendente dalla struttura molecolare del materiale di base.

Sebbene non sia sempre un problema per i PCB a bassa frequenza, la tangente di perdita è una considerazione fondamentale per i PCB RF.

Questo perché c'è sempre una perdita di segnale all'aumentare della frequenza.

I complessi PCB multistrato sono ancora più sensibili. Generano calore aggiuntivo durante il funzionamento, che deve essere controllato per evitare di perdere frequenza.

·Assorbimento dell'umidità

Considera sempre l'ambiente di lavoro del dispositivo previsto. I PCB per dispositivi progettati per funzionare sott'acqua o in ambienti ad alta umidità avranno bisogno di caratteristiche speciali per contrastare le implicazioni.

·Costo vs. prestazioni

Mentre le altre caratteristiche sono di importanza critica, è sempre necessario bilanciare tra le prestazioni e il costo.

Cerca sempre di ottenere ciò che è conveniente, assicurandoti che il materiale soddisfi le tue esigenze di Er, CTE e Loss tangente.

Materiali comuni per PCB RF

Dopo aver esaminato queste caratteristiche, quali sono i materiali più comuni per i PCB RF?

Nella maggior parte dei casi, i materiali PCB RF si ottengono combinando PTFE, alcune forme di vetro, idrocarburi e ceramica.

·PTFE con vetro intrecciato

Una delle migliori combinazioni di qualità di solito comprende PTFE con fibra di vetro intrecciata o microvetro.

Tuttavia, questa combinazione è più costosa e va solo dove la ricerca della qualità supera di gran lunga le considerazioni sui costi.

Nonostante abbia grandi proprietà elettriche, ha un CTE elevato, che è un punto debole.

Il PTFE con fibra di microvetro o vetro intrecciato ha eccellenti proprietà elettriche, ma un CTE elevato.

·PTFE caricato con ceramica

Una combinazione di PTFE e ceramica ha un costo relativamente basso ma è comunque di buona qualità.

Ciò è principalmente dovuto al fatto che la produzione di PCB RF con questo materiale è più semplice della combinazione PTFE-microvetro.

Questa opzione ha la forza di buone caratteristiche elettriche. Ha anche un basso CTE, il che significa che è termicamente più forte.

Questo materiale di solito ha un tasso di assorbimento dell'umidità inferiore rispetto a quando viene aggiunto il vetro intrecciato, che aumenta l'assorbimento dell'umidità.

·Ceramica con idrocarburi

Un'altra opzione più semplice da produrre è la ceramica riempita con idrocarburo. Ha il vantaggio di avere un CTE molto basso.

Tuttavia, i PCB risultanti sono solitamente caratterizzati da caratteristiche elettriche più deboli e presentano segnali meno affidabili.

I PCB realizzati in ceramica PTEF con idrocarburi presentano solo un leggero aumento dell'assorbimento di umidità. Ciò significa che è una scelta migliore se si mira a trovare un equilibrio tra costo e resistenza all'umidità.

Gli aspetti più importanti da considerare quando si seleziona una di queste opzioni includono il prezzo e le prestazioni elettriche.

Tuttavia, se ci sarà una sollecitazione di saldatura in fase di assemblaggio, la robustezza termica è fondamentale.

Anche questo conta molto se il dispositivo è destinato a lavorare in ambienti come l'industria aerospaziale, che sono molto esigenti.

·FR4

Questo è un materiale molto comune, ma ugualmente controverso quando si tratta di produrre PCB RF.

Per lo più è considerato assolutamente inadatto per PCB RF, anche se alcuni produttori pensano che dovrebbe avere una possibilità.

Quando è l'unica opzione disponibile e conveniente, può essere presa in considerazione. Tuttavia, dovresti aspettarti che possa funzionare solo per PCB RF destinati ad applicazioni a frequenza molto bassa.

Sebbene FR4 sia molto economico rispetto agli altri materiali per PCB RF, è meno probabile che raggiunga buone prestazioni.

La sua tangente di perdita sarà ovviamente un problema, rendendolo inappropriato per applicazioni ad alta potenza.

Sourcing di componenti per la progettazione di circuiti stampati RF

Il primo passo nel PCB RF approvvigionamento dei componenti è la preparazione di a distinta base (BOM). Questo è un elenco ben dettagliato di tutti i componenti di cui avrai bisogno nella produzione del tuo PCB RF.

BUONA

Includere i numeri di parte nell'elenco e le informazioni sul produttore di ciascuna parte. Questo ti darà una visione chiara durante l'intero processo.

Normalmente, potresti non essere in grado di produrre tutti questi componenti da solo. Di conseguenza, dovrai esternalizzarli dai produttori.

I produttori dipendono dalla tua distinta base per ottenere i componenti di cui hai bisogno per il tuo PCB RF.

Approvvigionamento dei componenti

·Considerazioni sull'approvvigionamento di componenti PCB RF

Quando esternalizza un produttore, ci sono una serie di fattori che dovrai prendere in considerazione.

• Innanzitutto, valutare i servizi offerti dal produttore.
• Dovresti anche valutare l'esperienza del produttore. Nella maggior parte dei casi, disporre di personale qualificato è indice di competenza. Questo ti assicura componenti impeccabili.
• Potrebbe anche essere necessario prestare attenzione all'esperienza che il produttore ha avuto nella fabbricazione di PCB RF. Con un tale produttore, avrai meno difficoltà durante l'outsourcing da loro.
• Un altro fattore fondamentale a cui prestare attenzione è la certificazione da parte degli organismi di autorizzazione. La certificazione implica il rispetto degli standard stabiliti. In quanto tale, sei adeguatamente certo della qualità dei componenti che stai acquistando.
• Un buon produttore o fornitore di componenti dovrebbe anche essere in grado di fornirti la quotazione appropriata per i materiali necessari. Il produttore sarà guidato dalla distinta base presentata.
• Spedizione-Di solito, i componenti sono delicati e richiedono un trasporto specializzato. È probabile che i produttori che imballano e spediscano componenti prendano in considerazione la sicurezza dei componenti.
• La garanzia è anche un'altra considerazione essenziale.

Quando tutti questi fattori si rivelano positivi, sei certo che i componenti acquistati soddisferanno le tue esigenze.

·Precauzioni per l'acquisto di componenti PCB RF

Ci sono anche un certo numero di misure precauzionali che dovresti prendere quando decidi sul produttore da cui reperire i componenti.

• Dovresti prima evitare di prendere una decisione affrettata quando scegli il produttore. È probabile che una decisione affrettata ostacoli l'analisi dei vantaggi e degli svantaggi dall'elenco dei produttori.
• Correrai troppi rischi se non riuscirai a chiarire l'obiettivo del progetto. Quando si acquistano i componenti del PCB RF, ciò che si intende ricavare dal PCB deve essere chiaro.

In caso contrario, è probabile che il produttore escluda alcuni componenti o ne aggiunga di irrilevanti. Ciò alla fine porterà a difetti nell'applicazione finale se vengono utilizzati i componenti sbagliati.

• Durante l'outsourcing, è anche importante affidarsi al produttore per la produzione. Ciò significa dare loro la libertà di essere sufficientemente innovativi quando si ottengono i componenti. Pertanto, quando non c'è fiducia, non è necessario continuare a lavorare con un particolare produttore.
• Non è saggio cercare il miglior affare. La qualità di solito ha un costo.

Quando i prezzi sono troppo bassi, il presupposto è che la qualità dei componenti sarà compromessa. Ciò comprometterà anche le prestazioni generali del PCB RF.

• Fai le tue ricerche e assicurati di avere un'idea approssimativa dei prezzi di mercato dei componenti.
• Se possibile, evita l'esternalizzazione all'estero. Di solito, i costi tendono ad essere più alti quando si acquistano i componenti all'estero. La spedizione a volte porta alla distruzione dei componenti con conseguente scarso rendimento della scheda RF.

 Classificazione della progettazione di circuiti stampati a radiofrequenza

Scheda a circuito stampato a radiofrequenza

Esistono diversi tipi di circuiti stampati multistrato, a seconda dell'applicazione prevista. In base ai tipi di PCB RF con cui il progetto intende venire, il design PCB RF può essere classificato come:

1. Design PCB RF multistrato

Nel PCB RF multistrato, la scheda ha più di due strati. Il numero minimo di strati conduttivi in ​​questo tipo di scheda è tre. Questi strati conduttivi sono sepolti al centro del materiale.

Di solito, dovresti alternare gli strati di preimpregnato e materiali di base. Si procederà quindi a laminarli insieme ad alte temperature e pressione.

Il risultato sarà un PCB multistrato.

Questa procedura è importante perché ti aiuterà a espellere l'aria intrappolata tra gli strati. Incapsula ulteriormente i conduttori con resina.

L'adesivo che tiene insieme gli strati viene quindi fuso e polimerizzato.

Ci sono una serie di combinazioni di materiali a tua disposizione durante la fabbricazione del tuo PCB RF multistrato. Puoi usare il vetro epossidico di base o anche la ceramica esotica.

Un'altra opzione è usare materiali in teflon.

2. Progettazione PCB RF rigida

I PCB RF rigidi sono quelli realizzati con materiale di substrato solido. Questi impediscono alla tavola di torcersi, da qui il termine "rigido".

L'irrigidimento FR4 è il materiale più comunemente utilizzato nel processo di irrigidimento. È anche composto da trance e percorsi di rame.

Questi sono solitamente incorporati nella scheda singola per fornire spazio per il collegamento di vari componenti.

Tradizionalmente, questi PCB RF rigidi sono i più comunemente usati rispetto alle loro controparti PCB flessibili. Ciò è principalmente informato dai costi connessi all'utilizzo di quest'ultimo.

La progettazione di PCB RF rigidi richiede l'uso di un software di progettazione appropriato. Alcune opzioni preferite qui sono Altium, Proteus o EasyPC.

I PCB RF rigidi sono composti da un numero di strati. Questi strati sono combinati usando calore e adesivo. Questo dà alla tavola una forma solida.

Lo strato di substrato è in fibra di vetro. Si noti che sarà necessario ulteriore calore per laminare lo strato di rame sul.

Ai fini dell'isolamento, il progetto deve includere l'aggiunta di uno strato di maschera di saldatura sopra lo strato di rame.

Inoltre, aggiungi la serigrafia sopra il livello della maschera di saldatura.

3. Design PCB RF su un lato

Questa è la forma più semplice di scheda PCB RF. Il design ha un solo materiale conduttivo.

I PCB a lato singolo sono generalmente preferiti per i progetti a bassa densità.

Ricorda che non c'è intrecciatura attraverso i fori su questa tavola.

I PCB RF a lato singolo utilizzano principalmente materiali per PCB RF a lato singolo che includono FR4, alluminio e base in rame.

4. Design PCB RF a doppia faccia

In questo tipo di PCB RF sono presenti due strati di rame conduttivo. Ciò significa che la tavola è progettata con tracce o percorsi su entrambi i lati. Significa che c'è una connessione tra le due parti.

Ciò è reso possibile dai fori praticati sulla scheda. Il montaggio dei componenti sulla scheda avviene utilizzando la tecnologia a foro passante e la tecnologia di montaggio superficiale.

Questo design prevede la laminazione di strati su entrambi i lati della tavola.

La resina epossidica di vetro viene utilizzata come materiale isolante alla base del design. La lamina di rame viene anche laminata su entrambi i lati del substrato.

Per la protezione, sarà necessario disporre di una maschera di saldatura sopra entrambi i lati del design del PCB RF.

Processo di produzione di circuiti stampati RF

Di seguito è riportato uno schema elaborato dell'intero processo di progettazione di PCB RF, dalla fabbricazione, all'assemblaggio, ai test di qualità.

Passaggio 1 Progettazione e layout PCB

Il design segna il primo passo nella produzione di PCB RF. Innanzitutto, progetta il layout per il PCB RF. Il progetto può essere emulato dal prototipo utilizzando uno dei software di progettazione PCB RF di cui abbiamo già parlato.

Fase 2 Preparazione della produzione

Tagliare la laminazione-Dal disegno, procedere al taglio del laminato della stessa dimensione della tavola o della dimensione del pannello.

essiccazione

L'asciugatura viene eseguita per evitare che la tavola si deformi durante la lavorazione. Questo dovrebbe essere fatto a circa 150? per circa 3-4 ore.

Passaggio 3 Imaging dello strato interno

Film interiore

Applicare una pellicola asciutta sulla scheda centrale in rame nudo. Procedere con l'esecuzione di reazioni fotografiche sul film secco.

Sviluppo dello strato interno

Al termine, avrai esposto la piastra centrale. Viene rivelato il film secco che non era stato esposto prima. Questo rivelerà la pelle di rame originale che espone la pellicola secca trattenuta. Usa l'imaging fotografico in questo passaggio.

Passaggio 4 Incisione dello strato interno

acquaforte

Attraverso la linea di mordenzatura potrete proteggere la pelle di rame con un film secco. Procedere per eliminare la pelle di rame che non è protetta dalla pellicola secca. Ciò esporrà i modelli che dovrebbero essere mantenuti.

Scaricare il film

Procedere a ritirare il film secco del foglio di rame sul pannello centrale. Al termine, verrà formato il modello di linea che dovrebbe essere mantenuto.

Passaggio 5 Strato interno AOI

L'ispezione ottica automatica è la prima fase dell'ispezione. Ti consentirà di verificare se c'è un cortocircuito o un'apertura della piastra centrale. Ti aiuterà anche a controllare se l'incisione è pulita o meno.

Passaggio 6 Laminazione

Usa un mezzo isolante per premere un foglio di rame su una scheda tra gli strati.

Fase 7 Foratura

Procedere con la foratura della lastra in laminato. Al momento di fare ciò, non dovrebbe esserci metallo nel foro. Questo aiuta a garantire che il livello non sia collegato a un altro livello.

Passaggio 8 Deposizione di rame per elettrolisi

Successivamente, ricopri il foro con uno strato molto sottile di rame. Ciò si ottiene attraverso una reazione chimica.

Passaggio 9 Placcatura elettrolitica orizzontale

Utilizzare la reazione di elettrotrasferimento per addensare il foro. Lo spessore dovrebbe essere compreso tra 5-8µm. Ciò è reso possibile dall'esistenza di uno strato già sottile di rame metallico nel foro.

Passaggio 10 Imaging dello strato esterno

Pellicola a strato esterno

Sulla scheda con anima in rame nudo, applicare una pellicola asciutta. Questo film secco è necessario per eseguire tutte le reazioni fotoimmagini.

La differenza tra questo strato interno e lo strato esterno è la perforazione sulla piastra. L'attacco del film secco alla piastra offrirà protezione al foro.

Sviluppo dello strato esterno

Dopo aver sviluppato lo strato interno, il rame che si trova sotto il film secco viene trattenuto. Tuttavia, dopo lo sviluppo dello strato esterno, viene inciso. Il rame da conservare viene poi lasciato a vista.

Passaggio 11 Placcatura grafica

Placcatura in rame spesso

Placca il rame nudo allo spessore del rame finito. Questo spessore dovrebbe misurare tra 18 e 25 µm.

Assicurati di placcare insieme la superficie dello spessore del rame e lo spessore dei fori del rame. Avrai raggiunto lo spessore consigliato del foro di rame.

Stagnatura

Per proteggere la lamina di rame, procedere ad addensare la superficie del rame con uno strato di stagno metallico bianco.

Sbarazzarsi del film

Ora puoi sbarazzarti della pellicola secca attaccata alla tavola. Incidi via il rame che si trova sotto la pellicola secca.

Lo stagno utilizzato nella sottofase precedente aiuterà a garantire che il rame necessario venga trattenuto.

Passaggio 12 Incisione dello strato esterno

acquaforte

Lo stagno offrirà protezione al rame desiderato in questa fase. Quando inciderai la linea, il rame che avevi esposto verrà inciso. Nel frattempo, rimarrà il rame che eri stato protetto con lo stagno.

Rimozione dello stagno

Procedere alla rimozione della latta usata per proteggere il rame. Di conseguenza, il rame destinato a rimanere sarà esposto. A questo punto, tutti i modelli esterni saranno stati completati.

Passaggio 13 Mascheratura della saldatura

Immergere il pannello nella maschera di saldatura liquida. Procedere per esporre la tavola ai raggi ultravioletti ad alta intensità.

L'applicazione della soldermask viene eseguita per offrire protezione dall'ossidazione ai circuiti in rame.

Passaggio 14 Serigrafia

In questo passaggio, stamperai le informazioni sulla lavagna. Questo lo rende un passaggio cruciale nella produzione di PCB.

Passaggio 15 Finitura superficiale

Questo passaggio assicurerà che la superficie della scheda sia protetta e possa essere saldata.

Dopo il processo di profilatura, puoi anche optare per altre lavorazioni di finitura superficiale. Questi includono V-CUT e dito d'oro.

TAGLIO A V

In questa opzione, taglierai il pannello in dimensioni e forme specifiche, a seconda delle applicazioni previste della scheda. Puoi ottenerlo usando un router o una scanalatura a V.

Quando intendi lasciare piccole schede, un router è l'opzione migliore per te. La scanalatura a V, d'altra parte, ti consentirà di tagliare canali diagonali su entrambi i lati della tavola.

Dito d'oro

Questo si riferisce semplicemente alla placcatura dei connettori usando l'oro. Pertanto, la durata dei connettori perimetrali sarà assicurata. Questo aiuta molto a proteggere il PCB RF da malfunzionamenti.

Passaggio 16 Test elettrici

È importante condurre test elettrici sulla scheda. Questo ti aiuterà a garantire che sia funzionale.

Di solito vengono eseguiti due test principali: test di isolamento e test di continuità del circuito.

Passaggio 17 Ispezione visiva finale (FQA e FQC)

Dopo il processo di fabbricazione, è possibile eseguire un'ispezione visiva sul PCB RF finito.

Se viene rilevata un'anomalia correggibile, viene corretta. In caso contrario, se l'anomalia è avversa, il tabellone viene scartato. Ciò contribuirà a garantire che le applicazioni previste funzionino in modo efficace.

Standard e regolamenti di qualità per la progettazione di PCB RF

Alcuni molti standard e regolamenti regolano la progettazione dei PCB RF. Osservando questi standard, i produttori di tutto il mondo sono in grado di ottenere progetti PCB RF di qualità.

Migliora inoltre la compatibilità del progetto con i componenti e le procedure di produzione delle aziende rilevanti.

Alcuni di questi standard e regolamenti sono:

Processo di ispezione della qualità

§CGMP

Quando si identifica un produttore di PCB RF, uno degli standard di qualità da verificare è CGMP.

CGMP è l'acronimo di Regolamenti di buone pratiche di fabbricazione attuali. È un insieme di regolamenti stabiliti dalla Food and Drug Administration.

In quanto tali, queste normative garantiscono il monitoraggio della progettazione del PCB RF. Regola anche i processi di produzione e le strutture all'interno delle quali viene svolto il processo di produzione.

Quando si progetta un PCB RF, è necessario rispettare questi standard.

§IEEE

Questo si riferisce all'Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici.

È una società professionale che promuove lo sviluppo e persino l'applicazione dell'elettrotecnologia.

L'abbonamento a questo ente ti consentirà di utilizzare la tecnologia attuale nella progettazione e produzione di PCB RF.

§CE

Questo è il marchio di certificazione nello Spazio economico europeo. Garantisce che il design del tuo PCB RF sia conforme a una serie di standard stabiliti.

È anche la qualità dei componenti prodotti o importati per l'uso nella regione dell'UE

In quanto tali, includono standard sanitari, standard di sicurezza per gli utenti e persino standard di protezione ambientale.

Quando acquisti i componenti per il tuo PCB RF all'interno del mercato europeo, assicurati che portino questo marchio.

Anche i componenti prodotti fuori dall'Europa ma destinati ad essere venduti all'interno della comunità portano questo marchio.

§RoHS

Questo marchio di standardizzazione limita le sostanze pericolose. È ampiamente utilizzato nell'Unione Europea.

È più focalizzato sulla limitazione dell'uso di sostanze pericolose sia sui prodotti elettrici che su quelli elettronici.

Il periodo di validità di questo marchio di standardizzazione è di cinque anni.

Vengono imposte restrizioni contro prodotti come led, mercurio, cromo e cadmio. Anche PBB e PBDE sono limitati.

Il tuo design deve essere limitato entro i confini di queste regole.

Dovrai anche controllare questo marchio di standardizzazione prima di acquistare componenti di PCB RF.

Questo è un marchio di standardizzazione universalmente accettato, quindi dovresti aspettarlo sulla maggior parte dei prodotti.

§ CCC

Questo si riferisce al marchio di certificazione cinese. È un marchio obbligatorio per i prodotti importati e venduti o addirittura utilizzati in Cina.

Quando acquisti i tuoi componenti PCB RF dalla Cina, controlla questo marchio per accertarti degli standard di qualità.

§ ISO

ISO 9000 è un marchio di standardizzazione per aiutare le organizzazioni a garantire che le esigenze dei consumatori siano soddisfatte.

Poiché le esigenze vengono soddisfatte, la qualità dovrebbe essere alla pari con i disciplinari di produzione stabiliti.

È uno dei marchi di standardizzazione più comuni. Questa certificazione sull'azienda e sui componenti che state acquistando è una conferma di qualità.

§ASTM

Questa è anche un'organizzazione internazionale di standardizzazione. La sua funzione è di sviluppare e pubblicare gli standard concordati sia per i materiali che per i prodotti.

Ciò vale anche per sistemi e servizi.

Dai un'occhiata ai componenti del tuo PCB RF per essere certo di un prodotto di qualità.

Conclusione

I circuiti stampati RF sono una categoria eccezionale di PCB, in base ai materiali utilizzati e ai requisiti di progettazione unici.

Ciò è dovuto ai requisiti di frequenza che li rendono indesiderabili per materiali e design comuni.

Dopo aver esaminato questa guida, ora sai cosa informa tutte queste caratteristiche speciali.

Sei anche esperto di tutte le linee guida e le considerazioni per i PCB RF.

Puoi sempre controllare qui per guide più elaborate come questa.