Como é que se encaixa um desempenho estável em GHz numa placa do tamanho de uma miniatura?Para os engenheiros que trabalham em front-ends de RF, alimentações de antena e módulos de microondas, esse é um desafio diário.

Este artigo usa um PCB de alta frequência de 2 camadas construído em Rogers RT/duroide 6202, medindo apenas 42,36 mm × 21,9 mm como uma lente para examinar o material, empilhar,e decisões de fabricação que fazem com que os projetos compactos de RF funcionem.

O principal trade-off: tamanho versus integridade do sinal

Quando uma placa é pequena, todos os compostos de escolha de projeto. Largura de traço encolher, o que torna o controle de impedância mais difícil. espessura da placa cai, o que afeta a rigidez mecânica e através de relações de aspecto.Densidade de componentes diminui, mas o desempenho dos conectores torna-se proporcionalmente mais importante.

No design de RF compacta, a questão raramente é "qual é o melhor material?" É "qual é o material certo para esta frequência, esta pegada, e este orçamento?" Ficar com esse equilíbrio errado significa pagar por um desempenho que não precisasOu perder a integridade do sinal que não pode pagar.

Escolhendo o laminado de alta frequência certo

RT/duroid 6202 pertence a uma família de laminados de baixa perda e baixa Dk com reforço de vidro tecido limitado.

Constante dielétrica e espessura

Uma das coisas mais importantes a entender sobre o 6202 é que o seu Dk varia com a espessura.

• 0.005" laminados: Dk de 3,06 ± 0.04

• 0.010" e 0,015" laminados: Dk de 3,02 ± 0.04

• 0.020" e acima: Dk de 2,94 ± 0.04

Isso importa porque a impedância é uma função da geometria de traço e Dk. Se você está projetando uma linha de 50 ohms em um substrato de 20 milímetros, você está trabalhando com Dk 2.94Se você mudar para um laminado mais fino sem recalcular, sua impedância vai mudar.

Perda e estabilidade térmica

O fator de dissipação de 6202 é de 0,0015 a 10 GHz/23 ° C. Para contexto, o padrão FR-4 fica em torno de 0,02 ′′ mais do que uma ordem de grandeza maior.,que essa diferença é significativa.

A estabilidade térmica também é importante. O coeficiente térmico de Dk é de 5 ppm/°C a 10GHz em -50 a +150°C. A CTE é de 15 ppm/°C em X e Y, 30 ppm/°C em Z (-55 a 288°C)Td é 500°C TGAA condutividade térmica é de 0,68 W/m/K. A absorção de umidade é de 0,04%, e o material é classificado UL 94-V0.

Estabilidade dimensional: a vantagem oculta

Talvez a propriedade mais subestimada do 6202 seja sua estabilidade dimensional: 0,05 a 0,07 mils/ polegada.

Quando se gravam traços de 4/7 milímetros, pequenas mudanças de dimensão durante o processamento podem empurrar os traços para fora da tolerância.Muitos materiais exigem duas gravações para atingir tolerâncias posicionais apertadasCom o 6202, esse passo extra é muitas vezes desnecessário, o que significa um processamento mais rápido, menor custo e menos oportunidades de erro.

Projeto de empilhamento para placas de RF compactas

A placa neste exemplo usa um simples empilhamento de 2 camadas:

• Camada de cobre 1: 35 μm

• Rogers RT/duroide 6202 substrato: 20 milímetros (0,508 mm)

• Camada de cobre: 2 35 μm

A espessura do painel acabado é de 0,6 mm, com 1,4 mils de cobre nas camadas externas.

Por que funciona este empilhamento

Para uma placa de RF de duas camadas, a simplicidade é uma característica. Uma única camada dielétrica significa menos discontinuidades de impedância, encaminhamento de impedância controlada mais fácil e fabricação mais simples.O substrato de 20 milímetros fornece espessura suficiente para larguras de traço razoáveis a 50 ohms, mantendo a placa global suficientemente fina para gabinetes compactos.

A escolha do ENIG como acabamento de superfície também é deliberada.Também oferece boa resistência à corrosão e uma longa vida útil em comparação com acabamentos como OSP ou prata de imersão.

Processamento unilateral

Este cartão usa silkscreen superior (branco) e máscara de solda superior (verde), mas sem silkscreen inferior ou máscara de solda.Esta é uma abordagem comum em módulos de RF onde o lado inferior precisa fazer contato direto com uma caixa de metal ou dissipador de calorA eliminação da máscara de solda nesse lado garante o contacto térmico e elétrico adequado.

Considerações de fabrico para placas RF de características finas

Os detalhes da construção desta placa contam uma história sobre a precisão de fabricação:

• Traço/espaço mínimo: 4/7 milis

• Tamanho mínimo do buraco: 0,4 mm

• Espessura do painel acabado: 0,6 mm

• Espessura do revestimento: 20 μm

• Ensaio eléctrico a 100% antes da expedição

O desafio das tábuas finas

Com uma espessura fina de 0,6 mm, esta placa é fina o suficiente para se dobrar durante o manuseio e o processamento.que possam afetar o registo e a integridade dos vestígiosA estabilidade dimensional do 6202 ajuda a mitigar isto, mas o controlo do processo ainda importa.

Marcas finas em substratos finos

Um traço de 4/7 mil/espaço em uma placa de 0,6 mm requer um controle cuidadoso dos parâmetros de gravação.O facto de 6202 muitas vezes eliminar a necessidade de duas gravações simplifica consideravelmente esta equação.

Através da confiabilidade

Com um tamanho mínimo de orifício de 0,4 mm e espessura de revestimento de 20 μm, a fiabilidade é uma função da uniformidade e adesão do revestimento.através do desempenho também afeta as rotas de retorno ao solo e a qualidade do sinal de lançamento. O design adequado através de vias terrestres adequadas perto das transições de sinal é essencial para manter a integridade do sinal.

Aplicações que exigem esta abordagem

RT/duroide 6202 é comumente utilizado em:

• Antenas de matriz em fase

• Sistemas de radar em terra e no ar

• Antenas GPS

• Retrovisores de potência

• Sistemas de prevenção de colisões de companhias aéreas comerciais

• Redes de formação de vigas

Essas aplicações compartilham requisitos comuns: desempenho de RF estável em todas as temperaturas, baixa perda de sinal e operação confiável em ambientes exigentes.Uma placa compacta de duas camadas como a descrita aqui se encaixa naturalmente nesses sistemas, especialmente quando o espaço é limitado e cada dB de orçamento de sinal é importante.

Principais conselhos para o seu próximo projeto de RF

1Compare o DK com o seu acúmulo.Não assuma que o Dk de um laminado é constante em todas as espessuras. Verifique o valor para a espessura específica do substrato antes de finalizar as traças geométricas.

2Considere a estabilidade dimensional cedo.Se o seu projeto usar traços finos, um material com baixo encolhimento da gravação pode poupar uma etapa de processamento e reduzir o risco.

3Mantenha as pilhas de duas camadas simples.Para muitas aplicações de RF, uma única camada dielétrica com encaminhamento de impedância controlada é suficiente.

4Planeje o seu acabamento de superfície em torno da montagem.Se o seu lado inferior precisar de contato térmico, considere se a máscara de solda deve ser omitida.

5Testar 100% antes do envio.Para as placas de RF, o teste elétrico não é opcional. Verificação aberta e curta em todas as redes garante que o que você recebe corresponde ao que você projetou.

Pensamentos finais

O projeto de RF compacto é um ato de equilíbrio. propriedades do material, opções de empilhamento, e capacidades de fabricação todos interagem.O projecto RT/duroide 6202 de duas camadas, com 4/7 mil traços e acabamento ENIG, ilustra como estes factores se combinam na prática..

Se estiver a trabalhar num projeto de alta frequência semelhante e quiser falar sobre a selecção de materiais, opções de empilhamento ou viabilidade de fabricação, sinta-se à vontade para nos contactar.Estamos sempre felizes por rever os ficheiros do Gerber e discutir o que é possível..