Varför är det så svårt att designa PCB för RF och mikrovågor?

Den enklaste förklaringen är att RF- och mikrovågskretskort är konstruerade för att arbeta vid höga frekvenser, så designprocessen är lite mer komplex. Förutom att de är mer känsliga för signalbrus, kräver de ledande material och har skarpa hörn.

RF- och mikrovågskretsar är konstruerade för att hantera högfrekventa signaler

RF- och mikrovågskretskort är specialkort som är utformade för att hantera högfrekventa signaler. Dessa kort tillverkas ofta av material med låg CTE, vilket gör dem mer stabila vid höga temperaturer. De möjliggör också enkel justering av flera lager. Dessutom har de en stack-up-struktur för flerskiktskort som bidrar till lägre monteringskostnader och maximerad prestanda. Högfrekventa signaler är mycket känsliga för brus, och konstruktörerna måste se till att deras kretskort är motståndskraftiga mot detta brus.

Ett substrat med hög permittivitet är avgörande för ett RF PCB. Relativ permittivitet är förhållandet mellan dielektrisk konstant och vakuumpermittivitet. Denna egenskap är viktig eftersom den minimerar det utrymme som behövs på kretskortet. Dessutom måste substratmaterial vara stabila i både höga och låga temperaturer, och de bör vara motståndskraftiga mot fukt.

De är mer känsliga för signalbrus

Högfrekvent signalbrus är ett vanligt problem med RF- och mikrovågskretskort, och konstruktörer måste vara särskilt försiktiga för att minska dess effekter. RF- och mikrovågssignaler har en mycket lägre tolerans för signalbrus än digitala höghastighetssignaler, och de måste formas på ett sätt som minimerar dess effekter. För att säkerställa att signalbrusets väg är oavbruten bör ett jordplan användas på kretskortet.

Signalbrus kan ha ett antal negativa effekter på radio- och mikrovågskretsar. För det första är RF- och mikrovågssignaler mer känsliga för signalbrus eftersom de färdas längs en väg med minsta motstånd. Signaler med högre frekvenser tenderar att ta vägar med låg induktans, vilket kan orsaka signalbrus och ringningar. Därför är det viktigt att säkerställa ett kontinuerligt jordplan från drivdonet till mottagaren.

De kräver ledande material för att avleda värme

När ström tillförs ett RF- eller mikrovågskretskort måste det ledande materialet avleda den värme som genereras. Detta åstadkoms genom att följa den allmänna värmeflödesmodellen där värmen flödar från källan till området med lägre temperatur. För RF-tillämpningar används vanligtvis ett ledande material som koppar, eftersom det har förmågan att avleda värmen utan förluster.

Den dielektriska konstanten (Dk) hos ett PCB-substrat avgör hur bra det är på att avleda värme. Kretskort tillverkade av ett ledande material har ett lägre Dk-värde än de som är tillverkade av ett inert material. Höga Dk-värden resulterar i mindre PCB.

De kräver flera konstruktionsregler

RF- och mikrovågskretskort har flera designregler som måste följas för optimal prestanda. Till exempel måste layouten på ett RF-/mikrovågskretskort ta hänsyn till behovet av impedansmatchning mellan ledarna, vilket är kritiskt när man arbetar med RF. Dessutom måste kretslayouten också minimera risken för överhörning, vilket är utbyte av energi mellan ledare.

En annan viktig regel vid design av RF/mikrovågskort är att substratmaterialet måste kunna absorbera låg luftfuktighet. Detta bidrar till att minska det utrymme som behövs för kretskortet. Ett annat kriterium för substratmaterial är den relativa permittiviteten, som är förhållandet mellan dielektricitetskonstanten och vakuumpermittiviteten. Helst bör den relativa permittiviteten hos RF/mikrovågs PCB-material vara tillräckligt hög för att möjliggöra höghastighetsförbindelser utan att kompromissa med linjebredd och impedanstoleranser. Detta kräver noggrann analys av preliminära parametrar och material, som bör bestämmas med hjälp av ett kretskortsdiagram.

Skillnaden mellan Flex Board Design och Rigid PCB

Om du är intresserad av flexibla mönsterkort kanske du undrar vad skillnaden är mellan ett flexibelt och ett styvt mönsterkort. Båda använder FR4 som det huvudsakliga isoleringsmaterialet, men det finns vissa skillnader mellan ett flexkort och ett styvt kort. Den första stora skillnaden är att ett flexkort kan monteras eller fästas på en yta. En annan stor skillnad är att ett flexkort kan förses med en skärmande film. Den sista skillnaden mellan ett styvt och ett flexibelt kretskort är vilken typ av isoleringsmaterial som används.

FR4 är det vanligaste styva isoleringsmaterialet för flexibla mönsterkort

Styva mönsterkort tillverkas av FR4 epoxilaminat. Detta material är vanligtvis det billigaste materialet för PCB-produktion. Detta material är dock inte lika lämpligt för applikationer som kräver hög temperaturprestanda. För att motverka detta använder tillverkarna högtemperaturlaminat på FR4-kärnan. Detta resulterar i lägre kostnader, ökad hållbarhet och förbättrad prestanda.

Flexibla mönsterkort tillverkas av flexibla material, t.ex. polyester eller polyimidfilm. Dessa material är billiga, men inte idealiska för högfrekventa kretsar. Styva PCB kräver FR4-material för att fungera effektivt. Styva mönsterkort används också inom medicin- och läkemedelsindustrin och i olika typer av utrustning.

Det finns många faktorer att ta hänsyn till när man väljer FR4 PCB, men den viktigaste är produktens kvalitet. Även om många tillverkare gör prisvärda produkter, bör du inte kompromissa med kvaliteten. Tjockleken är viktig när det gäller att bestämma antalet lager på ett kort. Ett tjockare ark håller längre. Se också till att impedansmatchningen är korrekt, vilket är viktigt i alla elektriska kretsar.

FR4 har en mycket hög dielektricitetskonstant, vilket gör den idealisk för höga temperaturer och mekaniska förhållanden. FR4 rekommenderas dock inte för högfrekvenstillämpningar. För dessa tillämpningar är högfrekvenslaminat ett bättre val.

Förskjutna ledare i flexkortsdesign

Offsetledare är ett viktigt element i konstruktionen av en flexkrets. Även om de är ett utmärkt val för många tillämpningar kan de också orsaka problem. De kan skadas under montering, användning och hantering. För att förhindra detta är det viktigt vilket material som används. Det finns många olika typer av material som används, och tillverkarna måste bestämma vilken typ som bäst uppfyller deras behov. Några vanliga material som används för flexkretsar är koppar och polyimid.

Förskjutna spår hjälper till att förhindra att överdriven stress koncentreras till de yttre ledarna under böjning. Kopparfunktionerna bör ha ett minsta utrymme på 0,025 tum på de yttre skikten. Dessutom är det viktigt att balansera tjockleken på flexlagren. Flexskikt kan dessutom användas i par. Det är också viktigt att hålla flexlimmet borta från det styva området. Dessutom hjälper parallella layouter till att eliminera mekanisk stress.

Flexkretsar har vanligtvis två typer av flexkretsar: styva och flexibla. Flexibla flexkretsar kallas ofta för flexkort. Denna typ av kort är tillverkat av flera kopparlager, och varje lager kan böjas i olika grader. Böjningsradien är viktig för att bibehålla kretsens form och integritet.

Flexkretsar skiljer sig från stela kretsar, men många av processerna är desamma. Flexmaterialet, vanligtvis kopparpläterad polyimid, borras, pläteras, fotograferas och framkallas. Sedan bakas det för att avlägsna överflödig fukt. Slutligen täcks det med ett coverlay-skikt, som förhindrar att kortet skalas av och spricker.