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A maioria das placas de RF busca perfis mais finos. Mais fino significa menor altura do módulo, menores efeitos parasitas e integração mais apertada.

Mas alguns projetos vão na direção oposta. Eles exigem uma espessura final de 2 mm em uma pilha de 2 camadas. Isso não é um erro de projeto — é uma escolha deliberada. Quando a rigidez mecânica, a confiabilidade dos furos metalizados e a estabilidade térmica importam mais do que a altura, uma placa fina se torna o problema, não a solução.

Recentemente, construímos uma placa TMM6 que se enquadra nessa categoria. 45,5 mm × 90 mm, 2 camadas, 2 mm de espessura final, 53 componentes, 38 vias, 2 redes. Este artigo não é apenas sobre como a placa foi construída. É sobre uma questão que muitas vezes é negligenciada:por que uma placa espessa pode ser mais confiável do que uma fina em certas aplicações de RF e quais são as compensações que essa espessura traz.

A Placa em Resumo

Material base: Rogers TMM6. PCB rígido de 2 camadas. Dimensões: 45,5 mm × 90 mm, tolerância de ±0,15 mm. Trilha e espaço mínimos: 5/8 mils. Tamanho mínimo do furo: 0,35 mm. Sem vias cegas.

Espessura final: 2 mm. Cobre externo: 1 oz (35 µm). Metalização de vias: 20 µm. Acabamento superficial: HASL.

Sem serigrafia superior, sem serigrafia inferior. Sem máscara de solda superior, sem máscara de solda inferior.

Teste elétrico 100% antes do envio. IPC-Classe-2. Gerber RS-274-X.

A pilha é de cobre de 35 µm / núcleo TMM6 de 1,905 mm (75 mil) / cobre de 35 µm.

Alguns detalhes se destacam: a espessura de 2 mm, a ausência de máscara de solda e serigrafia em ambos os lados e o acabamento HASL em um material de RF.

Por que 2 mm, Não Mais Fino

Placas FR-4 padrão são tipicamente de 1,6 mm. Esta placa tem 2 mm — 25% mais espessa que o normal. Em design de RF, a espessura adicionada muda várias coisas.

Rigidez mecânica. Uma placa de 2 mm resiste à flexão durante a montagem, manuseio e uso a longo prazo. Em uma placa grande (esta tem 90 mm de comprimento), material fino pode empenar durante a refusão, causando deslocamento de componentes ou rachaduras nas juntas de solda. Uma placa espessa é mais estável.

Confiabilidade dos furos metalizados. Um dos pontos de posicionamento do TMM6 é a alta confiabilidade dos furos metalizados. Quanto mais espessa a placa, maior a relação de aspecto e mais difícil é obter uma metalização uniforme. Mas, uma vez que uma placa espessa é devidamente metalizada, o barril é mecanicamente mais forte e menos propenso a rachar sob ciclagem térmica. Esta placa tem 38 vias passantes, metalizadas a 20 µm.

Estabilidade térmica. Um núcleo espesso tem mais massa térmica, o que ajuda a dissipar o calor em aplicações de amplificadores de potência. A condutividade térmica do TMM6 é de 0,72 W/mK e, combinada com a espessura de 2 mm, a dissipação de calor é melhor do que em uma placa fina.

O custo. Placas espessas são mais difíceis de furar, mais caras em material e mais pesadas. Se um projeto não precisa dessas propriedades, 2 mm é desperdício.

TMM6: Alta Dk Sem a Dor de Cabeça de Processamento

O TMM6 faz parte da família TMM da Rogers, ao lado do TMM10 e TMM10i. Sua constante dielétrica é 6,0, situando-se entre o FR-4 (~4,3) e o TMM10 (9,2).

O que Dk 6,0 significa. Alta Dk encolhe as dimensões do circuito. Em filtros, acopladores e redes de casamento, o mesmo desempenho elétrico pode ser alcançado em um comprimento físico menor. Para projetos de RF com restrição de espaço, isso é um valor real.

O que Df 0,0023 significa. A 10 GHz, isso é menor que o FR-4, mas maior que o PTFE puro. Para amplificadores de potência, combinadores e filtros, esse nível de perda é aceitável.

Coeficiente térmico de Dk: −11 ppm/°K. Isso é incomumente estável. À medida que a temperatura muda, a constante dielétrica mal se move, o que significa que as frequências centrais dos filtros e os valores de impedância permanecem consistentes. Para comunicação via satélite e equipamentos de RF externos que sofrem grandes variações de temperatura, essa estabilidade é uma vantagem real.

Compatível com CTE com cobre (18/18/26 ppm/K). É por isso que o TMM6 é posicionado para alta confiabilidade de furos metalizados. O dielétrico e a metalização de cobre se expandem em taxas quase iguais, reduzindo o risco de rachaduras na metalização e delaminação sob ciclagem térmica.

Processabilidade. Outro ponto de venda do TMM6: ele não requer os processos especiais que os materiais de PTFE exigem. Sem tratamento com naftenato de sódio, sem parâmetros de perfuração incomuns e todos os processos comuns de PCB funcionam. Para os fabricantes, isso significa prazos de entrega mais curtos e menor custo de processamento.

Por que Sem Máscara de Solda, Sem Serigrafia e HASL

Esta placa não tem máscara de solda nem serigrafia em nenhum dos lados, e usa HASL como acabamento superficial.

Sem máscara de solda é comum em projetos de RF e micro-ondas. A máscara de solda tem propriedades dielétricas que podem alterar a impedância e afetar o ajuste, especialmente em frequências mais altas. Removê-la elimina essa variável e expõe o cobre diretamente para um desempenho de RF consistente. Sem serigrafia segue a mesma lógica — marcações não têm propósito elétrico e, em uma placa de RF, às vezes podem interferir no ajuste ou na inspeção.

A escolha do HASL vale a pena discutir. Em materiais de alta frequência, ENIG ou ouro de imersão são mais comuns porque são mais planos e adequados para componentes de passo fino. Mas esta placa usa HASL — nivelamento de solda a ar quente. O HASL tem custo menor e oferece boa soldabilidade. Esta placa tem 15 pads SMT no lado superior e 21 pads passantes, e o HASL suporta montagem padrão. Se o projeto não precisa da planicidade do ENIG ou da capacidade de ligação de fio do ouro, o HASL é uma escolha razoável.

Aqui está uma compensação que vale a pena declarar claramente: A planicidade superficial do HASL não é tão boa quanto a do ENIG. Para componentes SMT de passo fino, o HASL pode introduzir defeitos de soldagem. A trilha mínima desta placa é de 5/8 mils, mas o espaçamento dos pads não é fino o suficiente para exigir ENIG, então o HASL funciona. Se um projeto futuro precisar de espaçamento mais fino, o acabamento superficial pode precisar ser reconsiderado.

38 Vias, 2 Redes: O Que Esta Placa Está Fazendo

53 componentes, 36 pads, 38 vias, 2 redes.

Alta contagem de vias com baixa contagem de redes é um padrão que já vimos antes. Geralmente significa uma estrutura aterrada — cercamento de vias, costura de plano de terra ou linha de transmissão blindada. Essas vias não estão roteando sinais; elas fornecem aterramento e blindagem.

21 pads passantes e 15 pads SMT no lado superior indicam montagem mista. Sem pads SMT na parte inferior, consistente com o lado inferior servindo como plano de terra ou superfície de montagem.

Quando o TMM6 é Necessário

Quando alta Dk e miniaturização são requisitos rígidos. Dk 6,0 encolhe o tamanho físico de filtros, acopladores e redes de casamento. Se o espaço for restrito, isso é um valor real.

Quando a confiabilidade dos furos metalizados é crítica. Compatível com CTE com cobre, mais a estabilidade mecânica de uma resina termofixa, dá ao TMM6 uma vantagem em aplicações de alta confiabilidade. A combinação de uma placa espessa e vias de alta relação de aspecto exige mais da qualidade da metalização, e as propriedades do material do TMM6 ajudam.

Quando a estabilidade de temperatura importa. Um coeficiente térmico de Dk de −11 ppm/°K significa desempenho consistente em amplas faixas de temperatura. Comunicação via satélite, equipamentos externos e radar automotivo se beneficiam.

Quando a processabilidade não pode ser comprometida. O TMM6 não requer os processos especiais do PTFE, portanto os prazos de entrega são mais curtos e os custos são mais controláveis. Para projetos que não querem pagar pela complexidade do processamento do material, essa é uma vantagem real.

Quando Você Não Deve Usar TMM6

Se sua frequência for baixa e os requisitos de perda não forem rigorosos. Em baixas frequências, o FR-4 pode ser totalmente suficiente. A alta Dk e a baixa perda do TMM6 seriam excessivas.

Se você não precisar de espessura de 2 mm. Uma placa de 2 mm traz dificuldade de processamento e custo. Se a altura do módulo permitir, uma placa de espessura padrão é mais fácil de processar e mais barata.

Se você precisar da menor perda possível. A Df do TMM6 é 0,0023 — menor que o FR-4, mas maior que o PTFE puro. Se a perda for a principal restrição, um material à base de PTFE pode ser mais adequado.

Se o custo for a primeira restrição. O TMM6 é um material termofixo preenchido com cerâmica, com preço acima do FR-4. Em aplicações sensíveis ao custo com requisitos de desempenho modestos, não há razão para pagar por desempenho que você não usará.

A Conclusão

O TMM6 não é um material de RF de uso geral. É uma solução direcionada: ele justifica seu prêmio quando miniaturização de alta Dk, confiabilidade de furos metalizados e estabilidade de temperatura importam ao mesmo tempo.

A espessura de 2 mm não é espessa por si só. Ela serve à rigidez mecânica, estabilidade térmica e confiabilidade das vias. Se o seu projeto não precisar disso, uma placa fina com FR-4 pode ser a escolha mais sensata.

Se você estiver trabalhando em um projeto de RF ou micro-ondas e precisar equilibrar alta Dk, baixa perda e confiabilidade de furos metalizados, teremos prazer em revisar seus requisitos. A seleção de material deve começar a partir de sua frequência, potência e restrições mecânicas — não de qual material soa melhor.

Entre em contato conosco para discutir seu próximo projeto de PCB de RF.