Best Practice per Selezione di Materiale PCB ad Alta Frequenza

Wave on oscilloscope

Di recente o ho provato gli appuntamento al buio, ma non è andata bene. L'appuntamento era fissato in un bel ristorante vicino casa mia. Volevo fare una bella impressione ed “emergere dalla massa”. Perciò, ho deciso di indossare una bella camicia di velluto. A quanto pare, il velluto non è così di classe come pensavo che fosse, perciò è finita che sono tornato a casa senza manco aver ottenuto il suo numero di telefono. Quella sera ho scoperto che i materiali contano. Qualcosa che è sorprendentemente traducibile nella progettazione di fabbricazione di PCB. Così come un materiale di una camicia può influenzare l'integrità di un appuntamento al buio, il materiale del tuo PCB può influenzare l'integrità dei tuoi circuiti ad alta frequenza. Puoi minimizzare l'attenuazione sulla tua scheda scegliendo la giusta lana di vetro, resina o lamina di rame. Puoi approfittare di una grande varietà di best practice che ti aiuteranno a scegliere la giusta combinazione, tenendo comunque conto che dovrai fare altre considerazioni tra cui controllare il prezzo della combinazione di materiali scelta.

 fat cupid

Hai bisogno di essere il Cupido tra il tuo circuito e il sottostrato ad alta frequenza del tuo circuito.

Perché I Materiali Sono Importanti?

Usare i giusti materiali per i PCB ad alta frequenza eviteranno che i tuoi circuiti inviino segnali confusi. Cose tipo la perdita di qualità della costante dielettrica oppure una lamina di rame non ottimale, possono causarti molti più problemi di quanto pensi. 

Di preciso, quando è che la dielettrica causa perdite al tuo sistema? Tutti i materiali dielettrici sono fatti di molecole polarizzate. Queste molecole vibrano nei campi magnetici generati dai segnali. Più alta è la frequenza, più alta è la vibrazione, che risulta in una perdita di energia come il calore. Questa perdita di energia può essere mitigata utilizzando materiale dielettrico a bassa perdita, ma più su quello dopo.

Un'altra perdita significante è portata dagli stessi conduttori di rame. Puoi ripassare qualcosa che hai imparato a tal proposito all'università o a scuola. Ricordati che gli elettroni non fluiscono sempre attraverso il centro dei conduttori. Come la frequenza cresce, le correnti sono limitate ad una “profondità di superficie” massima. Bene, se il tuo rame è finito con nichel, ciò può significare che la maggior parte della corrente sta fluendo attraverso quello strato di nichel. Boom, perdita. Anche se il tuo intero conduttore è fatto di rame, il micro-profilo del rame può fare la differenza. Se il rame ha delle micro-creste, la corrente viaggerà in su e in giù con quelle creste, aumentando la resistenza e la perdita

La costante dielettrica relativa e i conduttori sulla scheda del tuo circuito stampato possono fare una grande differenza nell'integrità del segnale. Perciò parliamo a proposito di come controllare queste variabili. 

RF electronic circuit

Potresti dimenticare il substrato, ma è importante.

Cosa Puoi Scegliere?

Vi sono due variabili principali che puoi controllare per mitigare la perdita: il tuo substrato e la tua lamina.

  • Substrato – Il tuo PCB può essere fatto di una grande varietà di materiali. Da una resina epossidica e vetro intrecciato, ad una piastra in ceramica. Per i circuiti ad alta frequenza, vorrai un substrato con la più bassa costante dielettrica (Dk).

  • Lamina – Sai cosa è la lamina in rame, ma con CircuitStudio® potresti scoprire tante altre soluzioni per la lamina. Ovviamente, desideri quella con la minor resistenza.

Best Practice

Esistono numerose best practice che ti aiuteranno a scegliere il miglior substrato e la migliore lamina per la tua applicazione ad alta frequenza.

  • In base alla Costante Dielettrica – Negli appuntamenti al buio tu cerchi l'abbinamento con una personalità, mentre nei PCB vuoi un abbinamento con un Dk. Se il substrato del tuo PCB è fatto di resina e materiale intrecciato questi potrebbero avere Dk diversi. Dk non uniformi nel tuo substrato causeranno problemi. Dovresti controllare con il tuo produttore di assicurarti materiale dal Dk più vicini possibile. 

  • In base al Coefficiente di Espansione Termica (CTE) – Vi sono molte caratteristiche relative alla temperatura per i substrati, ma il CTE è l'unico che menzionerò. Se vai ad un appuntamento doppio, la compatibilità della tua amica (o del tuo amico) influenzerà la tua. Il CTE dei componenti del tuo substrato può influenzare il suo Dk. Se i componenti del tuo substrato hanno CTE differenti, potrebbero espandersi in modo differente durante la fabbricazione o durante il funzionamento. Nella fabbricazione, questo può portare a difetti. Nel funzionamento, può portare a variazioni nella geometria fisica del substrato e portare a Dk non uniformi. In amore, questo si tradurrebbe in relazioni rovinate.

  • Tessuto Stretto del Substrato - vuoi amalgamarti bene con il tuo partner. Anche la parte tessuta del substrato deve essere unire strettamente. Un substrato debolmente intrecciato porterà a vibrazioni che uccidono Dks diversi.

  • Non usare FR4 - Era ovvio che non avrei dovuto indossare il velluto ad un appuntamento al buio, ma l'ho fatto ancora. Così com'è ovvio che dovresti usare un substrato a bassa perdita. Tuttavia, c'è gente che sta ancora usando il FR4 per i propri circuiti ad alta frequenza. Il FR4 non è un materiale appropriato per applicazioni ad alta frequenza, perciò usa qualcos'altro.

  • Usa una Lamina Liscia - la bellezza, così come la corrente, è solo in profondità. Una lamina di rame liscia assicurerà perdite resistive inferiori a frequenze estremamente elevate.

  • Usa un Foglio Conduttivo - Se hai una profondità della superficie bassa, assicurati di non finire il rame con conduttori scadenti. La corrente fluirà attraverso quei conduttori scadenti e creerà un circuito scadente.

Altre Considerazioni

Prima di cercare il PCB perfetto, assicurati di rispettare i suoi requisiti. Delle ottime schede ad alta frequenza costeranno più di una bella cena con una donna. Saranno anche più difficili da costruire rispetto a una compagna fasulla per la Festa di Pasqua (soprassedete). 

  • Costo – Per dirla semplicemente, i substrati ad alta frequenza sono costosi. Ci piace usare il FR4 perché è economico e facile. Lo stesso è il McDonald's, ma quello non vi farà ottenere un secondo appuntamento. Esistono dei materiali per substrato ad alta frequenza potenzialmente low-cost. Stai certo che non sono abbastanza buoni da essere veri.

  • Difetti di produzione: Ricordi cosa sono? Bene, accadono anche molto più spesso con materiali ad alta frequenza. Alcuni materiali, come il PTFE, sono particolarmente vulnerabili e propensi ai difetti. Assicurati di scegliere il giusto produttore prima che questi materiali rompano le tue schede e il tuo cuore. 

L'appuntamento al buio è stato un insieme di donne facenti facce strane davanti alla mia camicia. Ricorda che sei il master del tuo substrato, il capitano della tua lamina. Se segui le best practice in questo articolo puoi evitare la delusione di una perdita di segnale. Tieni a mente anche le considerazioni riguardanti costo e difetti di produzione.

Il mondo dei PCB è anche più confusionale che il mondo dell'amore. Il software di progettazione PCB è ciò che creerà le giuste combinazioni per creare delle ottime schede. Magari non sceglierà il materiale per la tua scheda, ma ti aiuterà a progettarla. Consulta la sua ampia varietà di ottime funzionalità, e dopo mi ringrazierai.

Ti occorre qualche consiglio “di moda” per te o la tua scheda? Chiama un esperto di Altium.

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