Dlaczego projektowanie obwodów drukowanych RF i mikrofalowych jest tak trudne?

For the simplest explanation, RF and microwave PCBs are designed to operate at high frequencies, so the design process is a little more complex. In addition to being more sensitive to signal noise, they require conductive material and have sharp corners.

RF and microwave pcbs are designed to operate high frequency signals

RF and microwave circuit boards are specialized boards that are designed to operate high frequency signals. These boards are often made from low CTE materials, making them more stable in high-temperature conditions. They also enable easy alignment of multiple layers. In addition, they feature a multilayer board stack-up structure that helps lower assembly costs and maximize performance. High-frequency signals are very sensitive to noise, and designers need to ensure that their circuit boards will be resistant to this noise.

A high-permittivity substrate is essential for an RF PCB. Relative permittivity is the ratio between dielectric constant and vacuum permittivity. This feature is important because it minimizes the amount of space needed on the circuit board. In addition, substrate materials must be stable in both high and low temperatures, and they should be resistant to humidity.

They are more sensitive to signal noise

High-frequency signal noise is a common problem with RF and microwave PCBs, and designers must be especially careful to reduce its effects. RF and microwave signals have a much lower toleration for signal noise than high-speed digital signals, and they must be shaped in a way that will minimize its effects. To ensure the signal noise path is uninterrupted, a ground plane should be used on the circuit board.

Signal noise can have a number of negative effects on radio and microwave pcbs. First, RF and microwave signals are more sensitive to signal noise because they travel along a path of least resistance. Signals with higher frequencies tend to take paths with low inductance, which can cause signal noise and ringing. Therefore, it is vital to ensure a continuous ground plane from the driver to the receiver.

They require conductive material to dissipate heat

When power is applied to an RF or microwave printed circuit board, the conductive material must dissipate the heat generated. This is accomplished by following the general heat-flow model where the heat flows from the source to the area of lower temperature. Typically, a conductive material such as copper is used for RF applications because it has the ability to dissipate the heat without loss.

The dielectric constant (Dk) of a PCB substrate determines how well it dissipates heat. PCBs made of a conductive material have a lower Dk value than those made of inert material. High Dk values result in smaller PCBs.

They require multiple design rules

RF and microwave PCBs have multiple design rules that must be followed for optimal performance. For example, the layout of a RF/microwave PCB must account for the need for impedance matching between conductors, which is critical when dealing with RF. In addition, the circuit layout must also minimize the risk of crosstalk, which is the exchange of energy between conductors.

Another important rule when designing an RF/microwave PCB is that the substrate material must be able to absorb low humidity. This will help reduce the amount of space needed for the circuit board. Another consideration for substrate materials is the relative permittivity, which is the ratio of dielectric constant to vacuum permittivity. Ideally, the relative permittivity of RF/microwave PCB materials should be high enough to allow high-speed interconnects without compromising line width and impedance tolerances. This requires careful analysis of preliminary parameters and materials, which should be determined using a circuit board diagram.

Różnica między konstrukcją Flex Board a sztywnymi płytkami PCB

Jeśli jesteś zainteresowany elastycznymi płytkami PCB, być może zastanawiasz się, jaka jest różnica między projektem płytki elastycznej a sztywnej. Chociaż obie wykorzystują FR4 jako główny materiał izolacyjny, istnieją pewne różnice między płytką elastyczną a sztywną. Pierwszą główną różnicą jest to, że płytkę flex można zamontować lub przykleić do powierzchni. Kolejną dużą różnicą jest to, że elastyczna płytka PCB może mieć dodaną folię ekranującą. Ostatnią różnicą między sztywną a elastyczną płytką PCB jest rodzaj zastosowanego materiału izolacyjnego.

FR4 jest najpopularniejszym sztywnym materiałem izolacyjnym dla elastycznych płytek PCB

Sztywne płytki PCB są wykonane z laminatu epoksydowego FR4. Zazwyczaj materiał ten jest najtańszym materiałem do produkcji PCB. Materiał ten nie jest jednak odpowiedni do zastosowań wymagających wysokiej temperatury. Aby temu zaradzić, producenci stosują laminaty wysokotemperaturowe na rdzeniu FR4. Skutkuje to obniżeniem kosztów, zwiększeniem trwałości i poprawą wydajności.

Elastyczne płytki PCB są wykonane z elastycznych materiałów, takich jak folia poliestrowa lub poliimidowa. Materiały te są niedrogie, ale nie są idealne do obwodów wysokiej częstotliwości. Sztywne płytki PCB wymagają materiału FR4 w celu wydajnego działania. Sztywne płytki PCB są również wykorzystywane w przemyśle medycznym i farmaceutycznym oraz w różnego rodzaju urządzeniach.

Wybierając płytki PCB FR4 należy wziąć pod uwagę wiele czynników, ale najważniejszym z nich jest jakość produktu. Podczas gdy wielu producentów tworzy niedrogie produkty, nie należy iść na kompromis w kwestii jakości. Grubość jest ważna przy określaniu liczby warstw na płytce. Grubszy arkusz wytrzyma dłużej. Upewnij się również, że dopasowanie impedancji jest prawidłowe, co jest niezbędne w każdym obwodzie elektrycznym.

FR4 ma bardzo wysoką stałą dielektryczną, co czyni go idealnym do pracy w wysokich temperaturach i warunkach mechanicznych. FR4 nie jest jednak zalecany do zastosowań wymagających wysokiej częstotliwości. Do takich zastosowań lepszym wyborem są laminaty wysokiej częstotliwości.

Przesunięte przewody w konstrukcji płyty flex

Przewody offsetowe są ważnym elementem w projektowaniu obwodów elastycznych. Chociaż są one doskonałym wyborem do wielu zastosowań, mogą również powodować problemy. Mogą zostać uszkodzone podczas montażu, użytkowania i przenoszenia. Aby temu zapobiec, ważny jest zastosowany materiał. Istnieje wiele różnych rodzajów stosowanych materiałów, a producenci muszą zdecydować, który z nich najlepiej spełni ich potrzeby. Niektóre popularne materiały stosowane w obwodach elastycznych to miedź i poliimid.

Przesunięcie ścieżek pomaga zapobiegać koncentrowaniu się nadmiernych naprężeń na zewnętrznych przewodnikach podczas zginania. Elementy miedziane powinny mieć minimalny odstęp 0,025 cala na warstwach zewnętrznych. Ponadto ważne jest, aby zrównoważyć grubość warstw elastycznych. Ponadto, warstwy elastyczne mogą być używane parami. Ważne jest również, aby trzymać elastyczny klej z dala od sztywnego obszaru. Ponadto równoległe układy pomagają wyeliminować naprężenia mechaniczne.

Obwody elastyczne zazwyczaj obejmują dwa rodzaje obwodów elastycznych: sztywne i elastyczne. Elastyczne obwody elastyczne są często określane jako konstrukcje flex board. Ten typ płytki jest wykonany z wielu warstw miedzi, a każda warstwa może być zginana w różnym stopniu. Promień gięcia jest ważny dla zachowania kształtu i integralności obwodu.

Obwody elastyczne różnią się od obwodów sztywnych, ale wiele procesów jest takich samych. Elastyczny materiał, zwykle poliimid pokryty miedzią, jest wiercony, powlekany, fotografowany i wywoływany. Następnie jest wypalany w celu usunięcia nadmiaru wilgoci. Na koniec pokrywa się go warstwą wierzchnią, która zapobiega łuszczeniu się i pękaniu płytki.