Los diseñadores de PCB portátiles deben prestar atención a varios aspectos

Debido a su pequeño tamaño y volumen, casi no hay un estándar de placa de circuito impreso listo para el creciente mercado de IoT portátil. Antes de que salieran estos estándares, teníamos que confiar en el conocimiento y la experiencia de fabricación aprendidos en el desarrollo a nivel de junta y pensar en cómo aplicarlos a desafíos emergentes únicos. Hay tres áreas que requieren nuestra atención especial. Son: materiales de superficie de placa de circuito, diseño de RF / microondas y líneas de transmisión de RF.

Material de PCB

Los PCB generalmente están compuestos de laminados, que pueden estar hechos de resina epoxi reforzada con fibra (FR4), poliimida o materiales Rogers (Rogers) u otros materiales laminados. El material aislante entre las diferentes capas se llama preimpregnado.

Los dispositivos portátiles requieren una alta confiabilidad, por lo que cuando los diseñadores de PCB se enfrentan a la elección de usar FR4 (materiales de fabricación de PCB con el más alto costo de rendimiento) o materiales más avanzados y más caros, esto se convertirá en un problema.

Si las aplicaciones de PCB portátiles requieren materiales de alta velocidad y alta frecuencia, FR4 puede no ser la mejor opción. La constante dieléctrica (Dk) de FR4 es 4.5, la constante dieléctrica de los materiales más avanzados de la serie Rogers 4003 es 3.55, y la constante dieléctrica de la serie hermana Rogers 4350 es 3.66.

La constante dieléctrica de una pila se refiere a la relación de la capacitancia o energía entre un par de conductores cerca de la pila a la capacitancia o energía entre la pareja de conductores en el vacío. A altas frecuencias, es mejor tener pérdidas muy pequeñas, por lo que el coeficiente dieléctrico es 3. 66 Roger 4350 es más adecuado para aplicaciones de frecuencia más alta que FR4 con una constante dieléctrica de 4.5.

Normalmente, el número de capas de PCB para dispositivos portátiles varía de 4 a 8 capas. El principio de la construcción de capas es que si se trata de una PCB de 8 capas, debe proporcionar suficientes capas de tierra y alimentación y emparedar la capa de cableado. De esta manera, los efectos de ondulación en la diafonía pueden mantenerse al mínimo y la interferencia electromagnética (EMI) se puede reducir significativamente.

En la etapa de diseño de la placa de circuito, el esquema de disposición del diseño es generalmente colocar una gran capa de tierra cerca de la capa de distribución de energía. Esto puede crear un efecto de ondulación muy bajo, y el ruido del sistema se puede reducir a casi cero. Esto es especialmente importante para los subsistemas de RF.

En comparación con los materiales de Rogers, FR4 tiene un mayor factor de disipación (Df), especialmente a altas frecuencias. Para las pilas de FR4 de mayor rendimiento, el valor de Df es de alrededor de 0.002, que es un orden de magnitud mejor que el FR4 normal. Sin embargo, Rogers' stack es solo 0.001 o menos. Cuando los materiales FR4 se usan en aplicaciones de alta frecuencia, habrá diferencias significativas en la pérdida de inserción. La pérdida de inserción se define como la pérdida de potencia de una señal desde el punto A al punto B cuando se usa FR4, Rogers u otros materiales.

Problema de fabricación

Los PCB portátiles requieren un control de impedancia más estricto, que es un factor importante para los dispositivos portátiles. La adaptación de impedancia puede producir una transmisión de señal más limpia. Anteriormente, la tolerancia estándar para las señales que transportaban señales era±10% Obviamente, este indicador no es lo suficientemente bueno para los circuitos de alta velocidad y alta frecuencia de&de hoy. El requisito actual es±7%, y en algunos casos incluso±5% o menos. Este parámetro y otras variables afectarán seriamente la fabricación de PCB portátiles con controles de impedancia particularmente estrictos, limitando así el número de empresas que pueden fabricarlos.

La tolerancia constante dieléctrica de la pila hecha de material Rogers UHF generalmente se mantiene a±2%, y algunos productos incluso pueden alcanzar±1%, en comparación con la tolerancia dieléctrica constante de la pila FR4 hasta 10%. Estos dos materiales pueden encontrar Rogers' la pérdida de inserción es particularmente baja. En comparación con los materiales FR4 tradicionales, la pérdida de transmisión y la pérdida de inserción de la pila Rogers son inferiores a la mitad.

En la mayoría de los casos, el costo es el más importante. Sin embargo, Rogers puede proporcionar un rendimiento de pila de alta frecuencia con pérdidas relativamente bajas a un precio aceptable. Para aplicaciones comerciales, Rogers se puede combinar con FR4 a base de epoxi para hacer un PCB híbrido, algunos de los cuales usan material Rogers y otros usan FR4.

Al elegir una pila de Rogers, la frecuencia es la consideración principal. Cuando la frecuencia excede los 500MHz, los diseñadores de PCB tienden a elegir materiales Rogers, especialmente para circuitos de RF / microondas, porque estos materiales pueden proporcionar un mayor rendimiento cuando las trazas superiores están estrictamente controladas por la impedancia.

En comparación con el material FR4, el material de Rogers también puede proporcionar una menor pérdida dieléctrica, su constante dieléctrica es muy estable en un amplio rango de frecuencias. Además, los materiales de Rogers pueden proporcionar el rendimiento ideal de baja pérdida de inserción requerido para la operación de alta frecuencia.

El coeficiente de expansión térmica (CTE) de los materiales de la serie Rogers 4000 tiene una excelente estabilidad dimensional. Esto significa que cuando la PCB se somete a ciclos de reflujo fríos, calientes y muy calientes en comparación con FR4, la expansión y contracción térmica de la placa de circuito se puede mantener en un límite estable a frecuencias más altas y ciclos de temperatura más altos.

En el caso del apilamiento híbrido, Rogers y el FR4 de alto rendimiento se pueden mezclar fácilmente y usar con la tecnología de proceso de fabricación común, por lo que es relativamente fácil lograr un alto rendimiento de fabricación. El apilamiento de Rogers no requiere un proceso especial de preparación.

El FR4 ordinario no puede lograr un rendimiento eléctrico muy confiable, pero los materiales FR4 de alto rendimiento tienen buenas características confiables, como una Tg más alta, todavía un costo relativamente bajo, y se pueden usar en una amplia gama de aplicaciones, desde un diseño de audio simple hasta aplicaciones de microondas complejas .