PCB de microondas

16 Pasos en el diseño de PCB de microondas

Placas de circuito impreso con chips de alta velocidad y estructuras de PCB de microondas tienen numerosos parámetros que difieren significativamente de los convencionales, placas de circuito impreso rígidas y flexibles. Estas diferencias se explican en IPC-6018B, Especificaciones de calificación y rendimiento para radiofrecuencia (Microonda) Placas de circuito impreso. “Alta frecuencia” es una de las tres clasificaciones principales de placas de circuito del IPC (las otras dos clasificaciones son “rvaliente” y “flexible” tablas de circiutos).

Diseño de PCB de microondas

Requisitos especiales

Cualquiera que no sepa nada sobre las peculiaridades de estos rangos de frecuencia primero sacudirá la cabeza sobre este capítulo.. Porque no solo – por las perdidas que se producen – Se deben utilizar otros materiales de placa de circuito que no sean de baja frecuencia. (muy a menudo a base de teflón o cerámica, pero también de nuevo, materiales orgánicos especialmente desarrollados. Los componentes de la PCB de microondas se ven diferentes (lo óptimo en este momento es el uso de componentes de chip SMD de tamaños 0603 o mejor 0402, dónde “0402” significa un tamaño de 1 mm x 0,5 mm) y constantemente se agregan nuevos. Adicionalmente, una completamente diferente “tecnología de cableado” debe usarse en las placas de circuito impreso para que los circuitos funcionen correctamente.

La "opción de llenado masivo" proporcionada por Target (y propagado para este propósito) en tales circuitos solo es suficiente hasta unos pocos cientos de megahercios antes de que comiencen nuevos problemas y el método que se describe a continuación debe cambiarse finalmente.

Paso bajo LC simple para la resistencia de onda

Echemos un vistazo a un paso bajo LC simple para la resistencia de onda Z = 50 y una frecuencia de corte de 100 megahercio. El componente de los valores de PCB de microondas en sí se obtiene después de ingresar los parámetros del filtro en uno de los programas de filtro modernos.. Todos los componentes solo se pueden utilizar en la versión SMD (aquí: 1206 para los condensadores, las bobinas, por otra parte, como “2220” con una toma de tierra adicional para la carcasa de apantallamiento).

Todo eso sigue siendo posible y parece bastante normal.. Es solo con la placa de circuito impreso que se vuelve más interesante:

La parte inferior de la placa de circuito está provista de una superficie de tierra continua. (= GND) y todo lo que necesita ser conectado a tierra tiene su propia "plataforma de conexión a tierra" en la parte superior con tantos orificios enchapados como sea posible.

En la serie, los orificios pasantes enchapados son, por supuesto, diseñado como “agujeros pasantes plateados reales”. El uso de remaches huecos plateados con un diámetro de 0.8 mm (= incluso probado hasta 10 GHz) funciona muy bien con la primera placa de prueba.

Las conexiones de entrada y salida solo se pueden realizar a través de líneas de microbanda con la impedancia de onda correcta Z y el ancho correcto correspondiente (que por supuesto depende del material conductor, el grosor del tablero y – Desafortunadamente – también algo en la frecuencia de funcionamiento.

Por supuesto, con condensadores de filtro con sus valores a menudo torcidos, no intentas encontrar cosas tan exóticas en ningún lado. Se realizan fácilmente conectando hasta tres valores estándar SMD de la serie estándar E12 en paralelo. Incluso reduce la autoinducción general y, por lo tanto, cambia la resonancia natural a frecuencias más altas.. Desviaciones de hasta 1 … 2% del valor total son tolerables, por eso reemplazamos el 33.2 pF con 33 pF y el 57.2 pF con 56 pF en nuestro ejemplo.

Las nuevas demandas

El manejo del programa CAD de PCB y sus propiedades cambia significativamente. Las nuevas demandas para este proceso de PCB de microondas se ven así:

a) No se puede utilizar un autorouter ni un autoplacer. La posición de cada componente en la placa de circuito debe garantizar los cables de conexión más cortos al siguiente componente. (porque cada milímetro adicional de cable puede significar inductancia adicional). Esto significa que los componentes deben poder moverse con la máxima precisión sin problemas o girar en cualquier ángulo.. Y todo a mano.

B) Por otra parte, las almohadillas de soldadura para los componentes SMD deben ser lo más pequeñas posible, porque aportan capacidades adicionales al circuito. Estas capacidades ya deben tenerse en cuenta en el diseño y simulación del circuito. …

C) Muy a menudo se ve obligado a diseñar nuevas almohadillas de soldadura SMD o incluso nuevas carcasas, porque normalmente no hay nada en la biblioteca para los componentes especiales requeridos. Esto no debería ser una ciencia secreta y debería suceder muy rápidamente.

re) La posibilidad de crear las "vías" (= enchapado) debe estar disponible.

mi) Las superficies de tierra necesarias deben ser fáciles de crear y limpiar automáticamente los orificios de las vías..

F) Al final, las pistas conductoras no deben ser redondeadas, su ancho y largo deben ser ajustables dentro de una centésima de milímetro.

gramo) El nivel más bajo de la placa de circuito está completamente provisto de una capa de cobre., que está conectado a “GND” (= suelo) a través de las vías.

h) Por consiguiente, el cableado solo se realiza en la parte superior (generalmente: nivel 1). Por supuesto, debe tener mucho cuidado de que las carcasas de los circuitos integrados o transistores puedan reflejarse correctamente si fueron diseñados para su uso en el nivel más bajo.

Ejemplo de diseño ( PCB de microondas ): 100 megahercio – paso bajo

Ahora queremos comprender el proceso de diseño completo para el paso bajo anterior..

Paso 1:
Empezamos un nuevo proyecto “Placa de circuito con diagrama de circuito” y darle un nombre adecuado.

Paso 2:
Pasamos al diagrama del circuito., obtener una “hoja vertical DIN A4” desde el “biblioteca de marcos” (MARCO.BTL3001) y ponerlo en la pantalla. Es mejor etiquetar su campo de texto de inmediato, de lo contrario lo olvidarás más tarde.

Paso 3:
Ahora se dibuja el diagrama de PCB de microondas. Los condensadores vienen como “C 1206” desde el “C.BTL3001” Biblioteca, las bobinas como “L” desde el “L.BTL3001” Biblioteca.

Los marcadores de entrada y salida se pueden encontrar como “referencias” en el menú desplegable “Otros componentes”. Puede encontrarlo colocando el cursor en el símbolo del transistor en la barra de desplazamiento y luego deslizando el puntero del mouse un poco hacia la derecha.

Allí también obtienes los símbolos de masas..

No te olvides: cada componente en el PCB de microondas ahora se hace clic primero para marcarlo. Entonces presione “w” hasta que el punto de mira parpadee. Con “a” ingresa al menú de cambio e ingresa el valor exacto del componente allí.

Paso 4:
Ahora necesitamos la placa de circuito y cambiamos a la pantalla de la placa de circuito haciendo clic en el símbolo de la placa de circuito. Allí, primero eliminamos el marco que a veces se dibuja para obtener una pantalla absolutamente en blanco. Luego hacemos clic en el símbolo IC en la barra de desplazamiento y buscamos una placa con las dimensiones de 30 mm x 50 mm a través de “Vivienda libre” y la biblioteca “PLATINO.GHS3001”.

Paso 5:
Ahora este tablero está ampliado para llenar el formato.. Entonces deberías ir rápidamente detrás del “botón con el ojo” para cambiar brevemente la cuadrícula de la pantalla a 1 mm. Esto facilita el acercamiento a las posiciones del 4 orificios de montaje, como deben sentarse 3 mm desde el borde del tablero.

Una vez hecho esto, el cursor se rueda con la mayor precisión posible en la esquina inferior izquierda del tablero. La tecla del teclado “Pos1” declara inmediatamente esta esquina como el punto cero relativo de nuestro sistema (coordenadas 0 | 0) y movemos el mouse a la posición “3mm | 3mm “. Allí presionamos el “punto” en el teclado dos veces seguidas (para configurar la vía) y luego corte el cable de conexión de desenrollado con “Escapar”.

El restante 3 los agujeros se crean de la misma manera. Tus posiciones son:
3mm | 27mm 47 mm | 3mm 47 mm | 27mm

Restablezca la cuadrícula de la pantalla a 0,1 mm ahora!

Paso 6:

Ahora coloca una horizontal “línea auxiliar” a través de la placa PCB de microondas. Debe ir claramente a la izquierda y a la derecha sobre el borde del tablero y tener exactamente el mismo ancho que el 50 línea de microstrip de ohmios. No te preocupes … después de las siguientes acciones, esta línea se eliminará! Para hacer esto, abrimos el menú de herramientas de dibujo, clickea en el “línea recta” y luego en la carta “el” (para opciones).

Ahora es necesario establecer el ancho de línea en 1.83 mm, no redondear los extremos y seleccionar el nivel 16 (es decir. cobre en la parte superior).

También dibuja una línea auxiliar vertical más estrecha (ancho un poco más pequeño. aquí: 0.5 mm) como eje vertical de simetría. Así es como se ve al final.

Paso 7:

Ahora primero coloque el condensador central C2 en el centro marcado de esta manera. No olvide activar el “Monte SMD en la parte superior” opción al seleccionar la “1206” vivienda y luego use el “re” llave para girar el componente 90 grados antes de colocarlo.

Así es como se ve el centro de la placa PCB de microondas inmediatamente antes de colocar el condensador.

Paso 8:

Para ambas bobinas elegimos la carcasa SMD 2220 y colóquelos como se muestra en la imagen opuesta. sin embargo, por favor muestre las líneas aéreas de antemano (= nivel 27) y gire los componentes para que las líneas de aire coincidan con el cableado correctamente. Y no la opcion “rellenar SMD en la parte superior …”
olvidar.

Paso 9:

Ahora es el momento de conectar los dos condensadores externos., que se colocan debajo de las conexiones de la bobina.

Paso 10:

Ahora podemos borrar nuestros dos “lineas auxiliares” y tire de tres trozos de cable con un ancho de 1.83 mm como “cableado microstrip” de izquierda a derecha.

Primero así …

PCB de microondas

entonces así!

PCB de microondas

Paso 11:

Ahora le damos a cada capacitor un buen campo de 5 vías para su conexión a tierra.
Te acuerdas? Tiene que mover el cursor a la posición deseada y luego presionar el “punto” en el teclado dos veces seguidas. Luego, el cable de conexión adicional se corta con “ESCAPAR”.

(Un diámetro de agujero de 0.6 mm, un aura de 0.3 mm y un diámetro de 1.5 mm fueron seleccionados).

Paso 12:

Y porque esto ya está funcionando bien, colocamos dos alfombras pequeñas en la mitad superior para conectar a tierra las copas de protección de la bobina.

Paso 13:

De las herramientas de dibujo (= botón con el lápiz) obtenemos el “rectángulo relleno” y presione “el” por las opciones. Los rectángulos deben estar nivelados 16 (= cobre en la parte superior) y debe combinar las cinco vías de una conexión a tierra.

por suerte, los agujeros en las vías se mantienen libres automáticamente por el programa – no tenemos que hacer nada al respecto.

Paso 14:

Nunca debes olvidar eso:
una etiqueta adecuada en el lado superior de cobre (nivel 16) debe ser, porque de lo contrario, el fabricante de PCB de microondas no sabe lo que está arriba o abajo y podemos obtener A “reflejado” la placa puede haber sido suministrada.
También encontramos la opción de texto detrás del botón con el lápiz..

Paso 15:

Y para hacer las cosas redondas, vamos detrás del “botón con la varita mágica” para activar la opción de llenado de área de masa.

Liberamos el lado inferior (nivel 2 = cobre debajo) y selecciona la señal “GND”.

Entonces se inicia el programa.

Así es como se ve.

Último paso:

Para imprimir la parte superior del tablero, solo cambiamos a niveles 16 (= cobre en la parte superior), 23 (= contorno) y 24
(= Perforaciones). Entonces podemos echar un vistazo más de cerca a cómo se verá la placa PCB de microondas.

Especificaciones de calificación y rendimiento de PCB de microondas

IPC-6012, especificación de calificación y rendimiento para placas de circuito impreso rígidas e IPC-6013, especificación de calificación y rendimiento para PCB flexible.

Típicamente, el IPC intenta actualizar estas tres especificaciones de calificación y rendimiento al mismo tiempo. IPC-6018 se publicó en enero 2002 problema "A".

Material de PCB de microondas

El mercado de la tecnología de microondas tiene muchos menos usuarios que las tecnologías de PCB convencionales.. Hay solo una pequeña cantidad de proveedores de PTFE, el material de teflón que se utiliza a menudo para sustratos de ondas micrónicas. El está en alto contraste con las muchas empresas, la placa de alambre sobre la base de laminados FR-4. sin embargo, cuando se trata del uso de materiales, El término "pequeño número" rápidamente se vuelve relativo en la enorme industria de la electrónica.. Actualmente se utilizan numerosas placas de circuito impreso de microondas.

Aplicación de PCB de microondas

“Esta tecnología se utiliza en muchas aplicaciones comerciales, como estaciones base celulares y productos militares en la actualidad.,” dijo Michael Luke, presidente del subcomité IPC D-22 que desarrolló la directiva IPC-6018.

A medida que las velocidades de los chips semiconductores continúan aumentando, Las tecnologías de microondas también serán necesarias en otras áreas..

Directrices de producción de PCB de microondas

Las adiciones abordan numerosos cambios con respecto a los materiales del sustrato de la placa de circuito y las pistas conductoras en ellos. Las pistas conductoras en el rango de microondas tienen parámetros de rendimiento significativamente diferentes a los utilizados para placas de circuito convencionales.. Se pueden diseñar muchos rastros de una placa PCB de microondas típica de acuerdo con los requisitos de IPC para placas de circuito rígidas y flexibles.. En las áreas en las que están presentes las señales de microondas de alta velocidad., sin embargo, Se aplican valores de parámetros completamente diferentes para el ancho del conductor., espesor y espaciado. Por lo tanto, no hay duda de que se debe utilizar una directriz diferente al adquirir placas de circuito impreso de microondas..

También hay diferencias en los sustratos.. A diferencia de los sustratos FR-4 de las placas de circuito impreso convencionales, la mayoría de los PCB de microondas se basan en PTFE (Teflón). Los laminados de PTFE tienen sus propias propiedades cuando se laminan capas individuales. La estabilidad dimensional es completamente diferente, I. H. Los diseñadores y fabricantes deben tener esto en cuenta al diseñar placas de circuito y colocar orificios enterrados o ciegos u otros elementos que requieran perforación..

Cuando se perforan estos agujeros, residuo de resina conocido como “frotis de resina” puede permanecer cuando se forma la pared del agujero. “La directriz IPC-6018B contiene criterios especiales para la eliminación de residuos de resina (frotis de resina), que tienen en cuenta las propiedades especiales de los laminados de placas de circuito de alta frecuencia. Es un gran problema con las placas de circuito de PTFE, "Dijo Perry.

Desde la finalización del número A a principios de 2002, se han producido muchos otros cambios. Los desarrolladores de la directiva han agregado información de referencia sobre resistencias pasivas y condensadores a la sección 3 [REQUISITOS]. La nueva versión también ha mejorado los requisitos para soldar roturas de bordes., que puede surgir cuando no se perforan agujeros en el medio de las almohadillas. El tema de la tensión térmica también se ha revisado para tener en cuenta el progreso realizado por los procesos de reflujo por convección para las pruebas de tensión térmica en muestras de tierra o muestras de placas de circuito impreso de producción.

 

Ir arriba