PCBs de alta frequência para aplicações de RF: o guia definitivo para fabricação e design (2024)

Na era do 5G, da IoT e dos sistemas de radar, os PCBs de alta frequência são os heróis desconhecidos da comunicação sem fio rápida e confiável.Estas placas especializadas transmitem sinais de RF (300 MHz~300 GHz) com perdas mínimas, mas apenas se forem concebidas e fabricadas corretamente.Um único erro (por exemplo, material errado, correspondência de impedância inadequada) pode transformar o sinal de uma estação base 5G em distorção ou tornar um sistema de radar inútil.

As apostas são altas, mas também as recompensas: PCBs de alta frequência bem projetados proporcionam 3 vezes menos perda de sinal, 50% menos EMI e 2 vezes mais vida útil do que PCBs padrão.Este guia descreve tudo o que você precisa saber, desde a escolha de materiais de baixa perda (como o Rogers RO4003C) até o domínio da correspondência de impedância e blindagemQuer esteja a construir um módulo 5G ou um sistema de radiofrequência por satélite, este é o seu roteiro para o sucesso.

Principais conclusões
1.O material é "fazer ou quebrar": Escolha substratos com baixa constante dielétrica (Dk: 2.2 ∼3.6) e tangente de perda (Df < 0.005) para minimizar a perda de sinal ∼Rogers RO4003C (Dk=3.38, Df=0,0027) é o padrão ouro para RF.
2. A correspondência de impedância não é negociável: os traços de impedância controlada de 50Ω eliminam as reflexões do sinal, mantendo o VSWR < 1,5 (crítico para 5G/mmWave).
3.Matéria de precisão de fabrico: a perfuração a laser (para microvias) e a ligação SAB (resistência da casca: 800-900 g/cm) garantem conexões fiáveis e com baixas perdas.
4.A blindagem impede interferências: planos de solo sólidos + latas de blindagem metálicas reduzem a EMI em 40% e a intermitência em 60% em projetos de RF lotados.
5. LT CIRCUIT's edge: O processo certificado IPC Classe 3 e os materiais Rogers/Megtron fornecem PCBs com perda de sinal < 0,7 dB/in a 10 GHz.

Parte 1: Capacidades de fabrico de PCB de alta frequência
Os PCBs de alta frequência não são apenas PCBs padrão mais rápidos, eles exigem processos, materiais e controle de qualidade especializados para lidar com sinais de RF.Abaixo está como fabricantes como LT CIRCUIT fornecer confiável, tábuas de baixas perdas.

1.1 Equipamento e processos especializados
Os PCBs RF exigem precisão além do que as máquinas PCB padrão podem oferecer.

Exemplo: LT CIRCUIT usa brocas a laser para criar microvias de 6 mil para PCBs 5G, o que lhes permite caber 2 vezes mais traços de RF no mesmo espaço, enquanto o SPC mantém a impedância consistente em mais de 10.000 placas.

1.2 Seleção do material: Baixa perda = sinais RF fortes
O substrato (material base) de um PCB de alta frequência afeta diretamente a perda de sinal.
a. Baixa constante dielétrica (Dk): 2,2 ∼3,6 (propagação do sinal mais lenta = menor perda).
b. Tangente de baixa perda (Df): < 0,005 (menos energia desperdiçada como calor).
c. Alta transição de vidro (Tg): > 180°C (estabilidade em sistemas de RF de alta temperatura, como estações de base).

Abaixo está como os principais materiais de RF se acumulam:

Aviso crítico: as alegações do fornecedor não correspondem frequentemente ao desempenho real.Os ensaios mostram que a Df medida pode ser 33~200% superior à anunciada..

1.3 Ligação e laminação avançadas
Métodos modernos como o SAB (Surface Activated Bonding) resolvem isso:
a.Como funciona: O plasma trata o LCP (Polímero de Cristal Líquido) e as superfícies de cobre, criando ligações químicas sem adesivo.
b.Resultados: resistência à descascagem de 800 ‰ 900 g/cm (contra 300 ‰ 400 g/cm para a ligação tradicional) e rugosidade da superfície < 100 nm (reduz a perda de condução em 3x).
c. Análise XPS: Confirma a fractura total no laminado (não na linha de ligação) prova de fiabilidade a longo prazo.

A laminação também requer precisão:
a. Pressão/temperatura: 200 ‰ 400 PSI a 170 ‰ 190 °C para os materiais Rogers para evitar bolsas de ar (que causam reflexos de sinal).
b. Uniformidade dielétrica: variação de espessura < 5% para manter a consistência da impedância ≈ crítica para traços de RF de 50Ω.

1.4 Controle de qualidade: Ensaios de grau RF
Os testes de PCB padrão não são suficientes para RF. É necessário um controlo especializado para garantir a integridade do sinal:

LT CIRCUIT executa todos estes testes para cada lote de PCB RF, a sua taxa de rendimento de 99,8% é 2 vezes superior à média do setor.

Parte 2: Considerações de conceção para PCB de alta frequência de RF
Mesmo a melhor fabricação não pode corrigir um mau projeto. PCBs RF precisam de layout, aterramento e estratégias de roteamento adaptadas a altas frequências.

2.1 Combinação de impedância: Eliminação de reflexos de sinal
O desajuste de impedância é a causa número 1 de perda de sinal de RF. Para a maioria dos sistemas de RF (5G, Wi-Fi, radar), o alvo é a impedância controlada de 50Ω correspondendo à fonte (por exemplo, chip de RF) e à carga (por exemplo, antena).

Como alcançar uma impedância de 50Ω
1.Utilize calculadores de impedância: Ferramentas como o Polar SI9000 calculam a largura/espaçamento do traço com base em:
a. Substrato Dk (por exemplo, 3,38 para Rogers RO4003C).
b. Espessura da traça (1 oz = 35 μm).
c. Espessura dielétrica (0,2 mm para PCB de 4 camadas).
2Escolha a geometria do traço:
a. Microstrip: Traça na camada superior, plano de solo abaixo (fácil de fabricar, válido para 1 ′ 10 GHz).
b.Línea de linha: traço entre dois planos de terra (melhor blindagem, ideal para > 10 GHz/mmWave).
3Evite discontinuidades de impedância:
a. Nenhuma curvatura aguda (utilize ângulos ou curvas de 45° ̇ curvas de 90° causam perda de 0,5 ̇ 1 dB a 28 GHz).
b. Combinar os comprimentos de traça para pares diferenciais (por exemplo, 5G mmWave) para evitar deslocamentos de fase.

Exemplo: Uma microrrida de 50Ω no Rogers RO4003C (0,2 mm dielétrico) precisa de uma largura de traço de 1,2 mm  qualquer variação (> ± 0,1 mm) causa impedância para a deriva, aumentando a perda de retorno.

2.2 Aterragem e blindagem: Parar EMI e crosstalk
Os sinais de RF são sensíveis a interferências. Uma boa ligação à terra e blindagem reduzem o EMI em 40% e a intermitência em 60%.

Basear as melhores práticas
a.Planos de solo sólidos: cobrir mais de 70% do espaço não utilizado com cobre, dando aos sinais de RF um caminho de retorno de baixa impedância (crítico para a 5G).
b.Aterragem em ponto único: Conectar os terrenos analógicos e digitais num único ponto (evitar os circuitos de aterragem que causam ruído).
c. vias de costura do solo: coloque vias a cada 5 mm ao longo das bordas do plano do solo, criando uma "gaiola de Faraday" que bloqueia o EMI externo.

Estratégias de proteção

Dica Pro: Para PCBs 5G, coloque latas de blindagem sobre transceptores de RF antes de rotear traços digitais, evitando assim o cruzamento de caminhos de RF sensíveis com sinais digitais barulhentos.

2.3 Optimização do layout: Minimizar a perda de sinal
A perda de sinal de RF aumenta com o comprimento do traço. Optimize o seu layout para manter os caminhos curtos e diretos.

Principais regras de layout
1.Route RF first: priorizar os traços de RF (manter-os < 50 mm para 28 GHz) antes dos traços digitais/de potência.

2Domínios de sinal separados:
Manter os traços de RF 3 vezes a sua largura longe dos traços digitais (por exemplo, um traço de RF de 1,2 mm necessita de uma lacuna de 3,6 mm).
Coloque os componentes de potência (reguladores) longe das peças de RF, o ruído de comutação dos reguladores interrompe os sinais de RF.

3.Equipação de camadas para RF:
4-camada: superior (traços de RF) → camada 2 (terra) → camada 3 (potência) → inferior (digital).
8-camada: adicionar camadas de RF internas para projetos densos (por exemplo, transceptores de satélite) com planos de terra no meio.

Colocação dos componentes
a.Componentes de RF de grupo: Colocar antenas, filtros e transceptores próximos uns dos outros para minimizar o comprimento do traço.
b.Evitar vias em vias de RF: cada via adiciona uma perda de 0,1 ∼0,3 dB a 10 GHz ▌utilize vias cegas/enterradas, se necessário.
c.Componentes orientados para traços curtos: alinhar os chips de RF para que seus pinos estejam voltados para a antena, reduzindo o comprimento do traço em 20%.

2.4 Roteamento de rastreamento: evitar erros comuns de RF
Mesmo pequenos erros de roteamento podem arruinar o desempenho de RF.
a. Traças paralelas: A execução paralela de traças de RF e digitais provoca uma transmissão transversal a 90° se elas se cruzarem.
b. Traços sobrepostos: Traços em camadas adjacentes que se sobrepõem agem como condensadores, causando acoplamento de sinal.
c.Via stubs: não utilizado via comprimento (stubs) causa reflexos de sinal  usar perfuração para remover stubs > 0,5 mm.

Parte 3: Resolver problemas comuns de PCB de alta frequência
Os PCBs de RF enfrentam desafios únicos - aqui está como corrigi-los antes de afetarem o desempenho.

3.1 Perda de sinal: Diagnóstico e correcção
A perda de sinal elevada (IL > 1 dB/in a 10 GHz) é geralmente causada por:
a.Material errado: Troque o Megtron6 (0,95 dB/in) pelo Rogers RO4003C (0,72 dB/in) para reduzir a perda em 24%.
b. Geometria de traços fraca: traços estreitos (0,8 mm em vez de 1,2 mm) aumentam a resistência. Utilize calculadores de impedância para confirmar a largura.
c. Contaminação: a máscara de solda ou o resíduo de fluxo em traços de RF aumentam a perda de utilização na fabricação de salas limpas (o LT CIRCUIT utiliza salas limpas de classe 1000).

3.2 Interferências do IME
Se o seu PCB de RF estiver a captar ruído:
a. Verificar a aterragem: utilizar um multimetro para testar a continuidade do plano de aterragem.
b. Adicionar grânulos de ferrita: Colocar grânulos nas linhas de energia para bloquear o ruído de alta frequência dos reguladores.
c.Redesenhar blindagem: estender as latas de blindagem para cobrir as vias de costura do solo, permitindo o vazamento de EMI.

3.3 Gestão térmica
Componentes de RF (por exemplo, amplificadores de potência 5G) geram calor, o superaquecimento aumenta a Df e a perda de sinal.
a. vias térmicas: adicionar 4 ∼ 6 vias sob componentes quentes para transferir o calor para o plano do solo.
b. dissipadores de calor: utilizar dissipadores de calor de alumínio para componentes com dissipação de energia > 1 W.
c. Escolha de material: Rogers RO4003C (condutividade térmica: 0,71 W/m·K) dissipa o calor 2 vezes melhor que o FR4 padrão.

Parte 4: Por que escolher LT CIRCUIT para PCBs RF de alta frequência
A LT CIRCUIT não é apenas uma fabricante de PCB, são especialistas em RF com um histórico de fornecimento de placas para sistemas 5G, aeroespacial e radar.

4.1 Materiais e certificações de qualidade RF
a.Parceiro autorizado da Rogers/Megtron: Usam materiais originais da Rogers RO4003C/RO4350B e da Megtron6® sem falsificação que causem perda de sinal.
b.Certificado IPC Classe 3: O mais alto padrão de qualidade de PCB, garantindo que os PCB de RF cumpram os requisitos de fiabilidade da indústria aeroespacial e das telecomunicações.

4.2 Conhecimentos técnicos
a. Apoio ao projeto de RF: os seus engenheiros ajudam a otimizar a correspondência de impedância e a blindagem, poupando-lhe 4 ou 6 semanas de redesenho.
b.Testes avançados: testes internos de TDR, IL/RL e ciclo térmico validam o desempenho de RF antes do envio.

4.3 Resultados comprovados
Estações base 5G: PCBs com perda < 0,7 dB/in a 10 GHz utilizadas pelas principais empresas de telecomunicações.
b. RF por satélite: PCBs que sobrevivem a mais de 1000 ciclos térmicos (-40°C a 125°C) sem degradação do desempenho.

Perguntas frequentes
1Qual é a diferença entre PCBs de alta frequência e PCBs de alta velocidade?
Os PCBs de alta frequência lidam com sinais de RF (300 MHz ∼ 300 GHz) e se concentram em baixa perda / DF. Os PCBs de alta velocidade lidam com sinais digitais (por exemplo, PCIe 6.0) e se concentram na integridade do sinal (desvio, jitter).

2Posso usar o FR4 padrão para aplicações de RF?
No FR4 tem alta Df (0,01 0.02) e perda de sinal (> 1,5 dB / in em 10 GHz), tornando-se inadequado para RF. Use materiais Rogers ou Megtron em vez disso.

3Quanto custa um PCB RF de alta frequência?
Os PCBs baseados em Rogers custam 2×3x mais do que o FR4, mas o investimento vale a pena: menor perda de sinal reduz as falhas de campo em 70%.

4Qual é a frequência máxima que um PCB de alta frequência pode suportar?
Com substratos de Teflon e geometria de linha, os PCBs podem lidar com até 300 GHz (mmWave) ◄ utilizados em comunicações por satélite e P&D 6G.

5Quanto tempo leva para fabricar PCBs de RF de alta frequência?
A LT CIRCUIT entrega protótipos em 5 ‰ 7 dias e produção em massa em 2 ‰ 3 semanas ‰ mais rápido do que a média da indústria (10 ‰ 14 dias para protótipos).

Conclusão: PCBs de alta frequência são o futuro da RF
À medida que a 5G se expande, a IoT cresce e os sistemas de radar se tornam mais avançados, os PCB de alta frequência só vão crescer em importância.Combinação de impedância principal, e investir na fabricação de precisão.

Cortar os cantos - usando FR4 em vez de Rogers, ignorando a blindagem ou ignorando a impedância - levará a perda de sinal, EMI e falhas de campo dispendiosas.Mas com a abordagem certa (e parceiros como o LT CIRCUIT), podemos construir PCBs de RF que fornecem sinais rápidos e confiáveis para mesmo as aplicações mais exigentes.

O futuro da comunicação sem fios depende de PCBs de alta frequência.Você estará à frente da curva, fornecendo produtos que impulsionam a próxima geração de tecnologia de RF..