Mejores Prácticas para la Selección de Materiales de PCB de Alta Frecuencia

Wave on oscilloscope

Probé el método de citas rápidas recientemente, no funcionó bien. La cita se acordó en un bonito restaurante cerca de mi casa. Quería destacar un poco y causar una buena impresión. Así que decidí usar mi camisa bonita de terciopelo. Bueno, aparentemente el terciopelo no es tan elegante como yo pensaba, y me fui a casa sin ni siquiera un solo número de teléfono. Esa noche descubrí que el material es importante, algo que sorprendentemente se ha traducido en el diseño de fabricación de PCB. Al igual que la tela de tu camisa puede afectar la integridad de una cita rápida, el material de tu PCB puede afectar la integridad de la señal de tus circuitos de alta frecuencia. Puedes minimizar la atenuación en tu placa eligiendo la lámina de fibra de vidrio, resina y cobre adecuada. Hay varias buenas prácticas que te ayudarán a elegir la combinación adecuada, aunque debes tener cuidado con el precio y otras consideraciones.

 

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Debes ser el emparejador de tu circuito y un sustrato de alta frecuencia.

¿Por qué Importan los Materiales?

La selección correcta de materiales de PCB de alta frecuencia evitará que tus circuitos envíen señales mixtas. Cosas como las pérdidas en una constante dieléctrica de baja calidad o una lámina de cobre subóptima pueden tener más efecto de lo que piensas.

¿Cómo exactamente los dieléctricos introducen la pérdida en tu sistema? Todos los materiales dieléctricos están formados por moléculas polarizadas. Estas moléculas vibran en los campos magnéticos generados por las señales. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la vibración, lo que resulta en energía perdida como calor. Esta pérdida de energía se puede mitigar mediante el uso de dieléctricos de baja pérdida, pero habrá más sobre eso más adelante.

Otra pérdida significativa es introducida por los propios conductores de cobre. Puedes recordar haber aprendido algo sobre la profundidad de los tejidos en la universidad. Recuerda que los electrones no siempre fluyen a través de los centros de los conductores. A medida que aumenta la frecuencia, las corrientes se limitan a una máxima "profundidad de los tejidos". Bueno, si tu cobre está terminado con níquel, eso puede significar que la mayor parte de la corriente fluye a través de esa capa de níquel. Boom, error. Incluso si todo tu conductor está hecho de cobre, el microperfil del cobre puede marcar la diferencia. Si el cobre tiene micro crestas, las corrientes subirán y bajarán, incrementando la resistencia y la pérdida.

La constante dieléctrica relativa y los conductores en tu placa de circuito impreso pueden hacer una gran diferencia en la integridad de la señal. Así que hablemos sobre cómo controlar esas variables.

 

RF electronic circuit

Puedes olvidarte del sustrato, pero es importante.

¿Qué Puedes Elegir?

Hay dos variables principales que puedes controlar para mitigar la pérdida: tu sustrato y tu lámina.

  • Sustrato - Tu sustrato de PCB puede consistir en una variedad de materiales. Desde una resina epoxi y fibras de vidrio tejidas hasta una placa de cerámica. Para circuitos de alta frecuencia, querrás un sustrato con la constante dielétrica más baja (Dk).

  • Lámina - Sabes qué es la lámina de cobre, pero es posible que CircuitStudio® no haya sabido que hay varias opciones de lámina. Obviamente quieres la opción con la menor resistencia.

Mejores Prácticas

Existen varias prácticas recomendadas que te ayudarán a elegir el sustrato y la lámina adecuados para tu aplicación de alta frecuencia.

  • Hacer Coincidir las Constantes Dieléctricas - Cuando estás saliendo con alguien, buscas una personalidad similar, en PCBs quieres una coincidencia Dk. Si tu sustrato de PCB está hecho de una resina y material tejido, pueden tener diferentes Dks. Dks no uniformes en tu sustrato causarán problemas. Debes consultar con tu fabricante para asegurarte de que todos los Dks de tu sustrato estén lo más cerca posible.

  • Hacer Coincidir Coeficiente de Expansión Térmica (CTE) – Hay varias características relacionadas con la temperatura para los sustratos, pero CTE es la única que mencionaré. Si vas a una doble cita, la compatibilidad de tu amigo afectará la tuya. El CTE de tu componente de sustrato puede afectar su Dk. Si los componentes de tu sustrato tienen diferentes CTE, pueden expandirse a diferentes velocidades durante la fabricación o la operación. En la fabricación, esto puede conducir a defectos. En funcionamiento, esto podría cambiar la geometría física del sustrato y conducir a Dks no uniformes. En el amor, esto conducirá la ruina de una relación.

  • Tejido de Sustrato Apretado - Quieres combinar bien con tu pareja. La parte tejida de tu sustrato también debe ajustarse bien. Un sustrato suelto dará lugar a vibraciones que eliminarán a diferentes Dks.

  • No Uses FR4 - Era obvio que no debería haber usado terciopelo para una cita rápida, pero aún así lo hice. También es obvio que debes usar un sustrato de baja pérdida. Sin embargo, algunas personas siguen utilizando FR4 para sus circuitos de alta frecuencia. FR4 no es un material apropiado para aplicaciones de alta frecuencia, usa cualquier otra cosa.

  • Usa una lámina suave - La belleza, y aparentemente la corriente, es solo superficial. Una lámina de cobre suave asegurará menores pérdidas de resistencia a más bajas a frecuencias extremadamente altas.

  • Usa una Lámina Conductora - Si vas a tener una profundidad de tejido baja, asegúrate de no terminar el cobre con conductores pobres. La corriente fluirá a través de esos conductores pobres y creará un circuito pobre.

Otras Consideraciones

Toby Keith una vez cantó que "una mujer de alto mantenimiento no quiere ningún hombre de mantenimiento". Antes de salir a buscar el PCB perfecto, asegúrate de cumplir con tus requisitos. Las grandes placas de alta frecuencia costarán más que una buena cena con una dama. También serán más difíciles de fabricar que una novia falsa para el Día de Acción de Gracias familiar (no preguntes).

  • Coste - En pocas palabras, los sustratos de alta frecuencia son caros. Nos gusta usar FR4 porque es barato y fácil. También lo es McDonald's, pero eso no te hará conseguir una segunda cita. Existen algunos posibles materiales de sustrato de alta frecuencia y bajo costo. Solo asegúrate de que no sean demasiado buenos para ser verdad.

  • Defectos de Fabricación – Oh sí, ¿te acuerdas de esas cosas? Bueno, suceden aún más a menudo con materiales de alta frecuencia. Algunos materiales, como el PTFE, son especialmente vulnerables a los defectos. Asegúrate de irte a la cama con el fabricante adecuado antes de que rompan tus placas y tu corazón.

Las citas rápidas eran unas sombras de mujeres atractivas que miraban confundidas mi camisa. Esto puede haber sido un desenfoque para ti, pero espera. Recuerda que eres el dueño de tu sustrato, el capitán de tu lámina. Si sigues las mejores prácticas de este artículo, puedes evitar la angustia de la pérdida de señal. Ten en cuenta las consideraciones de coste y defectos de fabricación también.

El mundo de los PCB es aún más confuso que el mundo del amor. El software de diseño de PCB que es la combinación perfecta te ayudará a crear algunas placas geniales, es posible que no puedas elegir el material de tu placa, pero te ayudará a diseñar las placas. Echa un vistazo a la amplia gama de excelentes características, me lo agradecerás más tarde.

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