RF-PCB's: uw ultieme gids voor radiofrequentie-PCB's

  

RF-printplaten (ook wel radiofrequentie-printplaten genoemd) behoren tot de snelst groeiende sectoren in de PCB-productie. Ze werken met hoogfrequente signalen, met name die in het RF-bereik (radiofrequentie).

Het is belangrijk om zorgvuldig om te gaan met de lay-out en routing om problemen met de signaalintegriteit te voorkomen. Dit komt doordat RF PCB-layouts digitale componenten kunnen bevatten en, met een zorgvuldige lay-out, mogelijke interferentie tussen de digitale en RF-signalen kunnen voorkomen.

Dit artikel legt uit wat RF PCB's zijn, wat de ontwerpprincipes zijn, wat de materiaaloverwegingen zijn en hoe de lay-out eruitziet. We bespreken ook de veelvoorkomende uitdagingen bij het ontwerpen van RF PCB's en geven mogelijke tips en oplossingen. Tot slot geven we tips en factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van de beste fabrikant van RF PCB's. Blijf op deze pagina terwijl we dit onderwerp verder toelichten.

  

  

  

   

Wat is een RF-PCB?

RF beschrijft elke frequentie waarop radiogolven worden uitgezonden. Het RF-frequentiebereik valt meestal tussen 300 kHz en 300 GHz. Het belangrijkste verschil tussen een microgolf-PCB en een RF-PCB is de radiofrequentie waarop ze werken.

Een RF-printplaat is een hoogfrequente printplaat die boven de 100 MHz werkt, terwijl printplaten die werken op frequenties hoger dan 2 GHz worden gecategoriseerd als microgolf-printplaten. Zowel microgolf-printplaten als RF-printplaten zijn essentieel voor communicatiesignalen in toepassingen die de transmissie en ontvangst van radiosignalen vereisen, zoals radarinstallaties.

RF-printplaten maken gebruik van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid en een laag diëlektrisch verlies. Om hun signaalintegriteit te behouden, werken ze met transmissielijnstructuren en gecontroleerde impedantie. Bovendien hebben RF-printplaten afschermingsfuncties die elektromagnetische interferentie (EMI) helpen verminderen. Deze functie zorgt ook voor een betere signaaloverdracht.

RF-printplaten zijn veelzijdig en worden gebruikt voor uiteenlopende toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan radarsystemen, microgolfapparatuur en draadgebonden communicatiesystemen. Deze printplaten helpen ook mogelijke problemen zoals signaalinterferentie, signaalverlies en ruis te verminderen. Deze problemen kunnen de functionaliteit van deze hoogfrequente schakelingen beperken.

De belangrijkste functie van een conventionele printplaat is het bieden van elektrische verbindingen en mechanische ondersteuning door elektrische componenten zoals condensatoren, weerstanden en geïntegreerde schakelingen op het oppervlak te monteren en ze met elkaar te verbinden met behulp van kopersporen.

RF-printplaten kunnen daarentegen zowel radiofrequentie- als hoogfrequente signalen verwerken. Vergeleken met conventionele printplaten (PCB's) hebben RF-printplaten unieke ontwerpvereisten en -eigenschappen die een effectieve transmissie van signalen binnen een hoogfrequentiebereik mogelijk maken.

RF PCB-toepassingen en materiaalmatchinggids

RF-toepassing	RF-materialen	Bindingsmaterialen	Attributen
Militaire en ruimtetoepassing	RO4000 RT/Duroid	RO4450F RO4450B	Het meest effectief in thermische en elektrische prestaties en ook in milieuduurzaamheid
Consumer Electronics	RO4835 RO3010 RO3006	2929 Bondply Bondply RO3000-serie:	Het is winstgevend en heeft betrouwbare thermische en elektrische eigenschappen
MEDISCHE	RO4350B	2929 Bondply RO4400 Bondply	Hoogwaardige functies die geschikt zijn voor verschillende apparaten
Grootschalige Industrie	RO4350B RO4835 XT/Duroid	RO4400 Bondply 2929 Bondply	Grote duurzaamheid en milieubestendigheid
Automobielsector	RO4000 RO3003 RO4350B	RO4400 Bondply	Uitstekende elektrische prestaties die geschikt zijn voor standaardproductieprocessen
Toepassingen met een hoger vermogen	XT/Duroid 6035 HTC	Meestal niet vereist of aangepaste thermische	Uitstekend thermisch beheernt

Kern RF PCB-ontwerprichtlijnen

Het is essentieel om ruis, signaalverlies en elektromagnetische interferentie (EMI) te verminderen tijdens het ontwerp van RF-printplaten. Het is ook essentieel om de signaalstabiliteit, -sterkte en -bandbreedte te maximaliseren. Hieronder volgen de belangrijkste ontwerpprincipes voor RF-printplaten.

Ontwerpvereisten

Voordat u begint met het ontwerp van een RF-printplaat, is het cruciaal om de impedantie, het vermogensniveau en het frequentiebereik van de printplaat te bepalen. Zorg er ook voor dat u de elektronische componenten kent die worden gebruikt tijdens de PCBA (PCB-assemblage).

PCB-indeling

Het plaatsen van de RF PCB-componenten zou de lengte van de signaaldraad moeten verkorten. Ook zouden er een paar via's nodig zijn.

Bevestig daarnaast kleinere componenten aan kritieke onderdelen. Houd er rekening mee dat de RF-lijnen kort moeten zijn. Dit voorkomt dat ze dicht bij snelle voedingsvlakken, digitale sporen en andere ruisbronnen worden geleid.

Aarding

Er moet een solide aardingsvlak onder de RF-sporen zitten om retourpaden, straling en overspraak te verminderen.

Impedantieaanpassing

Het is essentieel om microstrip-transmissielijnen te gebruiken. Dit zorgt ervoor dat de impedantie van de RF-sporen goed is afgestemd op die van de connectoren en componenten. Zorg er ook voor dat de spoorbreedte en -breedte voldoen aan de vereiste toleranties en impedantiewaarden.

afscherming

Gebruik RF-afschermingen of afgeschermde connectoren om mogelijke interferentie van andere bronnen en RF-signaallekkage te voorkomen.

Test

Nadat de lay-out is voltooid, is het essentieel om het circuit te testen om de prestaties te evalueren. Gebruik een oscilloscoop of netwerkanalysator om de bandbreedte, het retourverlies en het invoegverlies te meten.

Optimalisatie

Pas het ontwerp aan om de prestaties te optimaliseren. Dit is mogelijk door de spoorbreedte, breedte en lengte aan te passen. Analyseer ook het RF-gedrag van de circuits met behulp van elektromagnetische oplossingstools.

Over het algemeen vereist het ontwerpen van RF-printplaten een goede en nauwgezette planning. Het vereist ook een uitgebreide kennis van de principes van RF-ontwerp. Door deze ontwerprichtlijnen te volgen en de juiste technieken en tools te gebruiken, is het mogelijk om hoogwaardige RF-circuits te creëren.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Overwegingen met betrekking tot RF PCB-materiaal

Hieronder staan enkele materiaaloverwegingen bij de productie van RF-printplaten.

Diëlektrische constante

De diëlektrische constante beschrijft de voortplantingssnelheid van het elektrische signaal van het medium. Deze snelheid is omgekeerd evenredig met de wortel van de diëlektrische constante. Lagere waarden van de diëlektrische constante betekenen snellere signaaloverdracht.

Bovendien is het meten van deze eigenschap geen eenvoudige taak. Het hangt niet alleen af van de eigenschappen van het medium, maar ook van de toestand van het materiaal tijdens en vóór de test, de testfrequentie en de testmethode.

Een temperatuurverandering heeft ook invloed op de diëlektrische constante. Daarom moet je bij de ontwikkeling van sommige materialen rekening houden met de temperatuur. Een andere factor die de diëlektrische constante beïnvloedt, is vochtigheid. Dit komt doordat de diëlektrische constante van water 70 is. Zelfs een kleine hoeveelheid water kan al tot significante veranderingen leiden.

Het beste materiaal voor hoogfrequente en hogesnelheidstoepassingen is een luchtmedium met koperfolie. De diëlektrische constante beïnvloedt niet alleen direct de transmissiesnelheid van het signaal, maar helpt ook tot op zekere hoogte bij het bepalen van de impedantie. Deze impedantie speelt in verschillende onderdelen een belangrijke rol bij microgolfcommunicatie.

Omdat de diëlektrische constante doorgaans verandert bij temperatuurveranderingen, worden de microgolfmaterialen doorgaans buitenshuis gebruikt, zelfs in de ruimte.

Verliestangens

Verliestangens is een andere factor die de elektrische eigenschappen van een RF-printplaatmateriaal beïnvloedt. Andere namen voor verliestangens zijn verliesfactor en diëlektrisch verlies. Dit duidt op signaal- of energieverlies in een medium. Dit komt doordat moleculen in dat medium zich aanpassen aan de elektromagnetische signalen wanneer hoogfrequente signalen door een medium stromen.

De moleculen zijn echter onderling verbonden, waardoor het bijna onmogelijk is om zich hieraan aan te passen. Bij veranderingen in de frequentie blijven de scorers echter bewegen, genereren ze meer warmte en treedt er energieverlies op.

Bovendien zijn sommige materialen, zoals PTFE, meestal apolair. Dit betekent dat ze niet worden beïnvloed door een elektromagnetisch veld en dus minimaal verlies ondervinden. De verliestangens is bovendien afhankelijk van de testmethode en -frequentie.

Hier geldt een algemene regel: hogere frequenties resulteren in significantere verliezen. Een goed voorbeeld hiervan is het elektriciteitsverbruik. Een klein verlies in het circuitontwerp kan de levensduur van de batterij aanzienlijk verlengen. Wanneer een antenne het signaal ontvangt, wordt deze gevoeliger voor materiaalverlies en is het signaal helderder.

Coëfficiënt van thermische uitzetting

Aangeduid als CTE, geeft het aan hoe een materiaal krimpt en uitzet bij blootstelling aan verschillende temperaturen. Bovendien is het een essentieel criterium bij de materiaalkeuze tijdens de productie.

Elektrische sterkte

Elektrische sterkte hangt nauw samen met de diëlektrische sterkte van een materiaal dat in een circuit wordt gebruikt. Bij gebruik van printplaten met een laag vermogen is deze factor mogelijk niet van belang. Voor toepassingen met een hoog vermogen, zoals RF-printplaten, is elektrische sterkte echter essentieel.

Thermische coëfficiënt

Het is cruciaal om rekening te houden met de thermische coëfficiënt van het materiaal voordat u een keuze maakt. In sommige gevallen kunnen kleine veranderingen in de thermische coëfficiënt een verschuiving in de frequentierespons veroorzaken. Omdat RF-printplaten doorgaans worden blootgesteld aan wisselende temperaturen, is het raadzaam om materialen te gebruiken met een thermische coëfficiënt lager dan 50 ppm/°C.

Glasovergangstemperatuur

Aangeduid als Tg, is dit de temperatuur waarbij een PCB-substraat van de glastoestand kan veranderen naar een zachte toestand, die gemakkelijk kan vervormen. Nadat het materiaal is afgekoeld, keert het terug naar de oorspronkelijke toestand.

Vochtopname

De vochtabsorptie van een materiaal is het vermogen om waterabsorptie te beperken, vooral wanneer het in water wordt geplaatst. Vochtabsorptie heeft meestal invloed op de elektrische en thermische eigenschappen van een materiaal. Zorg ervoor dat u begrijpt in welke omgeving het bord zal werken.

Ontledingstemperatuur

De ontledingstemperatuur, aangeduid als Td, geeft de temperatuur aan waarbij een RF PCB-materiaal mechanisch ontbindt. Zorg ervoor dat de gebruikte materialen bestand zijn tegen de temperaturen waaronder de printplaat moet functioneren. Dit is noodzakelijk omdat de ontleding direct na het bereiken van de ontledingstemperatuur onomkeerbaar is.

RF PCB-indeling en componentplaatsing

RF-printplaten zijn doorgaans gevoeliger voor interferentie. Daarom vereisen RF-printplaatontwerpen nauwere toleranties. Er moet met name rekening worden gehouden met reflecties, ringing en ruis. Dit vereist een zorgvuldige impedantieaanpassing tijdens de routering.

Bovendien zijn signaalretourpaden essentieel in de hoogfrequente circuits van een RF-ontwerp. Deze signaalretourstromen volgen de route van de laagste impedanties. Tijdens het RF PCB-ontwerpproces is circuitsimulatie belangrijk om probleemgebieden te ontdekken en oplossingen te vinden.

Er zijn afwijkingen van de traditionele PCB-layoutregels die de meest geschikte signaalprestaties zouden moeten opleveren. Deze omvatten kleinere pad-afmetingen en beperkte plaatsingsruimte. Het zou echter nuttig zijn als deze aanpassingen indien nodig zouden worden doorgevoerd om de vereiste DFM-regels te handhaven en een foutloze assemblage en fabricage te garanderen.

Laten we eens kijken naar enkele vereisten om de beste prestaties te behalen.

RF-componentplaatsing

Bij het plaatsen van RF-circuitblokcomponenten vereist de schakeling doorgaans een strakkere en stevigere plaatsing van de onderdelen. Het aanpassen van deze componentplaatsing is een compromis dat de ontwerper zorgvuldig moet overwegen om er zeker van te zijn dat de printplaatcreatie met standaard en geautomatiseerde assemblageapparatuur kan worden gerealiseerd. Dit helpt de productiekosten te verhogen.

Bovendien heeft een RF-printplaat meestal extra metaal op de buitenste lagen voor gebruik door de elektriciteitsnetwerken, terwijl componenten doorgaans op die plekken worden geplaatst. Hoewel deze verbinding uitstekend kan werken voor de prestaties van de RF-schakeling, kunnen er problemen optreden bij de PCB-assemblage.

Tijdens de lay-out kan het ook nodig zijn om de componenten aan te passen. Dit kan bijvoorbeeld door de vorm en grootte van de PCB-footprintpads aan te passen en metalen vormen en kenmerken in de footprint op te nemen. Deze taken worden afzonderlijk door de componenten van de printplaat uitgevoerd, in plaats van door de basisbibliotheek aan te passen. Laten we nu eens kijken naar enkele vereisten voor trace routing die van belang kunnen zijn tijdens het ontwerp van RF-printplaten.

Trace-routering

Zoals bij alle hogesnelheidsrouteringen is directe, korte routering met verschillende breedtes nodig voor hogere stroomsterktes en gecontroleerde impedantieroutering. Hieronder vindt u enkele aandachtspunten bij RF-routering.

● Voor sommige RF-topologieën moet het grootste deel van de trace-routing handmatig worden toegevoegd

● Het opstellen en gebruiken van de ontwerpregels is van cruciaal belang voor succes

● Ook kunnen routeringsfuncties zoals kopiëren en plakken belangrijk zijn bij het repliceren van vergelijkbare circuitgebieden

● Via's zorgen voor een afscherming rond de grondvlakgebieden

● Verstekhoeken helpen om eventuele impedantiefluctuaties te verminderen

Voor verschillende RF-ontwerpen worden sommige routeringsgebieden als componenten behandeld. Voor dit type routering zijn tools nodig die parametrische componentroutering ondersteunen om de tracesegmenten naar de RF-analysesystemen te sturen.

Bovendien vereisen grond- en voedingsvlakken een hoger vermogen in RF-ontwerpen en zorgen ze ervoor dat thermische ontlastingen de stroom verwerken tijdens geautomatiseerd solderen. Het is ook essentieel om metalen oppervlakken met een afwijkende vorm te creëren voor RF-elementen. Gebruik hiervoor de tekenmogelijkheden van uw CAD-tools en converteer deze oppervlakken vervolgens naar intelligente netwerkobjecten.

Veelvoorkomende uitdagingen en oplossingen bij RF PCB-ontwerp

Veelvoorkomende uitdagingen bij RF-printplaten zijn onder andere het minimaliseren van het gewicht, het uitgassen, het voorkomen van bleking en het afstemmen van de impedantie. Hieronder volgen enkele andere uitdagingen:

Moeilijk ontwerpproces

Voor meerlaagse satelliet-PCB's moeten verschillende componenten gescheiden worden gehouden. Dit vermindert mogelijke problemen tijdens het assemblageproces. Bovendien vereisen RF-PCB's meerdere lagen, waarbij de bovenste laag RF-signaallijnen en een eindtrap bevat. Daarnaast vereist de printplaat aardlagen onder componenten die RF-signalen ontvangen.

Geluid

RF-signalen zijn gevoelig voor ruis en zelfs gevoeliger voor verschillende soorten ruis dan standaard PCB's. Er zijn verschillende soorten ruis, waaronder bandgelimiteerde, roze of witte ruis, thermische ruis, flikkering, fase- en lawineruis. Het is belangrijk om de signaalruis, reflectie en ringing tot een haalbaar niveau te verminderen.

Breed temperatuurbereik

Een verandering in temperatuur is een andere veelvoorkomende uitdaging. Het veranderen van de temperatuur van een satelliet kan de materiaaleigenschappen van de printplaat veranderen. Het controleren van de temperatuurcoëfficiënt is noodzakelijk om printplaatmaterialen en hun geschiktheid voor verschillende satelliettoepassingen te vergelijken.

Bovendien moeten RF-printplaten warmte goed kunnen afvoeren, vooral in kleine en beperkte ruimtes. Kijk naar de thermische geleidbaarheid van de printplaat om te begrijpen hoe het RF-printplaatmateriaal warmte afvoert.

Betrouwbaarheid

Gewichtsvermindering hangt samen met het toenemende gebruik van meerlaagse printplaten en de toegenomen dichtheid van RF-circuits. Bovendien is de betrouwbaarheid van de doorgemetalliseerde gaten voor verbindingen tussen de lagen een punt van zorg geworden bij gebruik bij extreme temperaturen in de ruimte.

Wat is een microgolf-PCB?

De microgolf-PCB is een soort RF-PCB. Hij is speciaal ontworpen voor hoogfrequente signaaloverdracht. De werkfrequentie is meestal hoger dan 1 GHz; dat wil zeggen dat hij de "microgolf"-frequentieband betreedt. Simpel gezegd: als uw circuit signalen op zeer hoge frequenties moet verzenden, zoals bij satellietcommunicatie, 5G-basisstations, hogesnelheidsradars of militaire radarsystemen, dan gebruikt u waarschijnlijk een microgolf-PCB.

RF versus microgolf-PCB's

Hoewel alle microgolf-PCB's tot de RF-printplaten behoren, dat wil zeggen dat ze allemaal worden gebruikt in toepassingen binnen het radiofrequentiebereik, is niet elke RF-PCB geschikt voor signaaloverdracht op microgolfniveau. Zo kunnen sommige RF-PCB's met werkfrequenties van 100 MHz tot 1 GHz, hoewel ze ook worden gebruikt in scenario's zoals draadloze communicatie en Bluetooth, niet voldoen aan de hogere eisen van microgolfsystemen op het gebied van nauwkeurigheid, impedantiecontrole en materiaalstabiliteit.

Daarom moeten bij het ontwerpen van RF-printplaten, met name voor de microgolffrequentieband, vanaf het begin de juiste RF-printplaatmaterialen worden geselecteerd en moeten strikte richtlijnen voor RF-layout en RF-printplaatontwerp worden gevolgd. Dit kan niet alleen de transmissiekwaliteit van het signaal garanderen, maar ook de algehele betrouwbaarheid van het product aanzienlijk verbeteren.

Hieronder bespreken we in een tabel de verschillen tussen RF-PCB's en microgolf-PCB's:

Kenmerk	RF PCB (Radiofrequentie PCB)	Magnetron PCB
Frequentiebereik	100 MHz – 1 GHz (typisch RF-bereik)	1 GHz en hoger (microgolfbereik, vaak gebruikt in toepassingen van 3–30 GHz)
Type signaal	Lage tot middenfrequente RF-signalen zoals FM, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee	Hoge snelheid, hoge frequentie signalen zoals radargolven, millimetergolfcommunicatie, satellietverbindingen
Gemeenschappelijke materialen	Rogers 4350B, Taconic TLX, Isola FR408HR – standaard RF PCB-materialen	RT/duroid® 5880, RO3003, RO4003 – gespecialiseerde microgolf-PCB-materialen
Materiaaleigenschappen	Matige diëlektrische constante (Dk ≈ 3.4–4.2), matige verliesfactor (Df ≈ 0.004–0.009)	Lage Dk (≈ 2.2–3.0), extreem lage Df (≈ 0.0009–0.003) voor minimaal signaalverlies
Laagstructuur	Kan 2-laags of meerlaags zijn; geschikt voor algemeen RF PCB-ontwerp	Meestal meerlaags met strikte RF-indeling en isolatiecontrole
Applicatiescenario's	Draadloze modules, Bluetooth-apparaten, RF-afstandsbedieningen, RF-transceivers	Satellietsystemen, 5G mmWave-modules, militaire radar, lucht- en ruimtevaartcommunicatiesystemen
Ontwerpcomplexiteit	Relatief gematigd, met standaard RF PCB-ontwerprichtlijnen	Hoge complexiteit, vereist strikte RF-layoutrichtlijnen en aanpassing van de microgolfimpedantie
Kosten en productie	Standaard PCB-processen, gematigde kosten	Complexe fabricage, nauwe toleranties, hogere kosten vanwege materiaal- en prestatie-eisen

Inzicht in deze verschillen helpt ingenieurs en ontwerpers bij het selecteren van het juiste RF-printplaatmateriaal en -bordtype voor hun specifieke frequentiebereik en toepassing. De keuze tussen een algemene RF-printplaat en een hoogwaardige microgolf-printplaat is cruciaal om de signaalkwaliteit en de algehele betrouwbaarheid van het systeem te garanderen.

Het kiezen van een betrouwbare RF PCB-fabrikant

Voordat u een RF PCB-fabrikant kiest, zijn er een aantal kenmerken waar u rekening mee moet houden

Ontdek hoe EyeStore uw bedrijf kan laten groeien

U wilt niet samenwerken met een bedrijf zonder ervaring in de productie van RF-printplaten. Perfectie komt meestal voort uit ervaring. Ervaren fabrikanten gebruiken de nieuwste technologieën en machines tijdens de productie van hoogfrequente printplaten.

Met ervaring is de kans op falen van de RF-printplaat klein. Om de beste resultaten te behalen, kunt u het beste een fabrikant inhuren met ruime ervaring in de branche.

Certificering

Kwaliteit moet een cruciale factor zijn bij het kiezen van een fabrikant van RF-printplaten. Het eerste waar u rekening mee moet houden, is het kwaliteitsmanagementsysteem (KMS) van de fabrikant. De minimale vereiste is een ISO 9001-certificering. Dit geeft de aanwezigheid van een basis-KMS aan.

Hieronder vallen werkinstructies, procedures, processen, kwaliteitshandleidingen, kwaliteitsbeleid, preventieve maatregelen, enz. Sommige certificeringen helpen de competentie van een bedrijf aan te tonen, zoals ISO 13485, A-610, A-600 en IPC J-STD.

Technische mogelijkheden

Het is essentieel om samen te werken met een fabrikant van RF-printplaten met uitstekende technische expertise, zoals PCBasic. Deze expertise omvat onder meer de juiste ontwerpen en materiaalkeuze, verwerkingstechnologie, strenge kwaliteitscontrole en de staat van de gebruikte apparatuur.

Eerlijke prijzen

Voordat u met een fabrikant van RF-printplaten in zee gaat, moet u de kosten kennen. U kunt dit achterhalen door de websites van verschillende fabrikanten te raadplegen om inzicht te krijgen in de verschillende marktprijzen.

Conclusie

Het ontwerp en de productie van RF-printplaten vereisen de juiste materiaalkeuze, ontwerpregels en productieprocessen. Daarom is het belangrijk om samen te werken met een betrouwbare fabrikant van RF-printplaten zoals PCBasic.