PCB de alta frecuencia para aplicaciones de RF: La guía definitiva para la fabricación y el diseño (2024)

En la era de 5G, IoT y sistemas de radar, los PCB de alta frecuencia son los héroes desconocidos de la comunicación inalámbrica rápida y confiable.Estas placas especializadas transmiten señales de RF (300 MHz~300 GHz) con pérdidas mínimas, pero sólo si están correctamente diseñadas y fabricadas.Un solo error (por ejemplo, material incorrecto, mala compatibilidad de impedancia) puede convertir la señal de una estación base 5G en una confusión o hacer que un sistema de radar sea inútil.

Las apuestas son altas, pero también lo son las recompensas: los PCB de alta frecuencia bien diseñados ofrecen 3 veces menos pérdida de señal, 50% menos EMI y 2 veces más vida útil que los PCB estándar.Esta guía desglosa todo lo que necesita saber desde la elección de materiales de baja pérdida (como Rogers RO4003C) hasta el dominio de la compatibilidad de impedancia y el blindajeYa sea que esté construyendo un módulo 5G o un sistema de radiofrecuencia por satélite, esta es su hoja de ruta para el éxito.

Las cosas que hay que aprender
1.El material es de fabricación o ruptura: Elegir sustratos con baja constante dieléctrica (Dk: 2.2·3.6) y tangente de pérdida (Df < 0.005) para minimizar la pérdida de señal √Rogers RO4003C (Dk=3.38, Df=0.0027) es el estándar de oro para RF.
2.La coincidencia de impedancia no es negociable: las huellas de impedancia controlada de 50Ω eliminan los reflejos de la señal, manteniendo VSWR <1,5 (crítico para 5G/mmWave).
3.Cuestiones de precisión de fabricación: la perforación con láser (para microvias) y la unión SAB (resistencia de la cáscara: 800~900 g/cm) aseguran conexiones confiables y de baja pérdida.
4.El blindaje detiene la interferencia: los planos de tierra sólidos + las latas de blindaje de metal reducen la EMI en un 40% y el cruce de voz en un 60% en los diseños de RF abarrotados.
5.LT CIRCUIT®'s edge: Su proceso certificado IPC Clase 3 y los materiales Rogers/Megtron entregan PCB con una pérdida de señal < 0,7 dB/in a 10 GHz.

Parte 1: Capacidades de fabricación de PCB de alta frecuencia
Los PCB de alta frecuencia no son solo PCB estándar más rápidos, sino que requieren procesos, materiales y control de calidad especializados para manejar las señales de RF.A continuación se muestra cómo fabricantes como LT CIRCUIT ofrecen fiable, tableros de baja pérdida.

1.1 Equipos y procesos especializados
Los PCB de RF exigen una precisión más allá de lo que las máquinas de PCB estándar pueden ofrecer.

Ejemplo: LT CIRCUIT utiliza taladros láser para crear microvias de 6 mil para PCB 5G, esto les permite adaptar 2 veces más rastros de RF en el mismo espacio, mientras que SPC mantiene la impedancia constante en más de 10,000 placas.

1.2 Selección del material: baja pérdida = fuertes señales de RF
El sustrato (material base) de un PCB de alta frecuencia afecta directamente la pérdida de señal.
a.Constante dieléctrica baja (Dk): 2,2 ∼3,6 (propagación de señal más lenta = menor pérdida).
b. Tangente de baja pérdida (Df): < 0,005 (menos energía desperdiciada como calor).
c. Alta transición de vidrio (Tg): > 180°C (estabilidad en sistemas de RF de alta temperatura como las estaciones base).

A continuación se muestra cómo los mejores materiales de RF se apilan:

Advertencia crítica: Las afirmaciones de los proveedores de Df a menudo no coinciden con el rendimiento del mundo real.Los ensayos muestran que el Df medido puede ser un 33­200% superior al anunciado. Siempre solicite datos de ensayo de terceros (LT CIRCUIT proporciona esto para todos los materiales)..

1.3 Enlace avanzado y laminación
Los métodos modernos como el SAB (Surface Activated Bonding) resuelven esto:
a.Cómo funciona: El plasma trata el LCP (polímero de cristal líquido) y las superficies de cobre, creando enlaces químicos sin adhesivo.
b.Resultados: resistencia a la descamación de 800-900 g/cm (frente a 300-400 g/cm para la unión tradicional) y rugosidad superficial < 100 nm (reducción de la pérdida de conducción en 3 veces).
c. Análisis XPS: confirma “fractura en masa” en el laminado (no en la línea de unión) “prueba de fiabilidad a largo plazo.

La laminación también requiere precisión:
a.Presión/temperatura: 200-400 PSI a 170-190 °C para los materiales Rogers para evitar bolsas de aire (que causan reflejos de la señal).
b. Uniformidad dieléctrica: variación de espesor < 5% para mantener la impedancia constante ‧crítica para las huellas de RF de 50Ω.

1.4 Control de calidad: ensayos de grado RF
Las pruebas estándar de PCB no son suficientes para RF, se necesitan controles especializados para garantizar la integridad de la señal:

LT CIRCUIT realiza todas estas pruebas para cada lote de PCB RF, su tasa de rendimiento de 99.8% es 2 veces superior a los promedios de la industria.

Parte 2: Consideraciones de diseño para PCB de alta frecuencia de RF
Incluso la mejor fabricación no puede arreglar un mal diseño. Los PCB RF necesitan estrategias de diseño, conexión a tierra y enrutamiento adaptadas a las altas frecuencias.

2.1 Compatibilidad de la impedancia: Eliminar los reflejos de la señal
Para la mayoría de los sistemas de RF (5G, Wi-Fi, radar), el objetivo es una impedancia controlada de 50Ω que coincida con la fuente (por ejemplo, chip RF) y la carga (por ejemplo, antena).

Cómo lograr una impedancia de 50Ω
1Utilice calculadoras de impedancia: herramientas como Polar SI9000 calculan ancho/espaciado de la pista basándose en:
a. Substrato Dk (por ejemplo, 3,38 para Rogers RO4003C).
b. espesor de las huellas (1 oz = 35 μm).
c. espesor dieléctrico (0,2 mm para los PCB de 4 capas).
2.Elige la geometría de las huellas:
a. Microstrip: traza en la capa superior, plano de tierra debajo (fácil de fabricar, buena para 1 ′ 10 GHz).
b.Línea de rayos: traza entre dos planos de tierra (mejor blindaje, ideal para > 10 GHz/mmWave).
3.Evitar las discontinuidades de la impedancia:
a. No se permiten curvas agudas (se utilizan ángulos o curvas de 45°) las curvas de 90° causan una pérdida de 0,5-1 dB a 28 GHz.
b. Combinen las longitudes de traza para los pares diferenciales (por ejemplo, 5G mmWave) para evitar cambios de fase.

Ejemplo: Una microrremesa de 50Ω en Rogers RO4003C (0,2 mm dieléctrico) necesita un ancho de traza de 1,2 mm. Cualquier variación (> ± 0,1 mm) causa la impedancia a la deriva, aumentando la pérdida de retorno.

2.2 Aterrizaje y blindaje: detener la EMI y el cruce de sonido
Las señales de RF son sensibles a las interferencias. Una buena puesta a tierra y blindaje reducen el EMI en un 40% y el cruce de sonido en un 60%.

Establecimiento de las mejores prácticas
a.Planos de tierra sólidos: cubrir más del 70% del espacio no utilizado con cobre, lo que permite a las señales de RF una ruta de retorno de baja impedancia (crítica para 5G).
b.Aterrizaje en un solo punto: conectar los terrenos analógicos y digitales en un solo punto (evitar los bucles de tierra que causan ruido).
c.Vías de costura en el suelo: Coloque vías cada 5 mm a lo largo de los bordes del plano de tierra. Esto crea una "jaula de Faraday" que bloquea la EMI externa.

Estrategias de protección

Consejo profesional: para los PCB 5G, coloque latas de blindaje sobre los transceptores de RF antes de enrutar las huellas digitales. Esto evita cruzar rutas de RF sensibles con señales digitales ruidosas.

2.3 Optimización del diseño: Minimizar la pérdida de señal
La pérdida de señal de RF aumenta con la longitud del trazo. Optimice su diseño para mantener las rutas cortas y directas.

Reglas clave de diseño
1.Ruta de RF primero: Priorizar las huellas de RF (mantenerlos <50 mm para 28 GHz) antes de las huellas digitales / de potencia.

2.Dominios de señal separados:
Mantenga los rastros de RF a 3 veces su anchura lejos de los rastros digitales (por ejemplo, un rastro de RF de 1,2 mm necesita un espacio de 3,6 mm).
Colocar los componentes de potencia (reguladores) lejos de las partes de RF El ruido de los reguladores interrumpe las señales de RF.

3.Apilación de capas para RF:
Cuatro capas: superior (rastros de RF) → capa 2 (tierra) → capa 3 (potencia) → inferior (digital).
8 capas: Añadir capas de RF internas para diseños densos (por ejemplo, transceptores satelitales) con planos de tierra en el medio.

Colocación de los componentes
a.Componentes de RF en grupo: Coloque las antenas, filtros y transceptores cerca unos de otros para minimizar la longitud de traza.
b.Evitar las vías en las vías de RF: cada vía añade una pérdida de 0,1 ∼0,3 dB a 10 GHz – utilizar vías ciegas/enterradas si es necesario.
c.Componentes de orientación para trazas cortas: alinear los chips de RF para que sus pines se enfrenten a la antena, reduciendo la longitud de la traza en un 20%.

2.4 Enrutamiento de rastreo: evitar errores de RF comunes
Incluso pequeños errores de enrutamiento pueden arruinar el rendimiento de RF.
a.Rutas paralelas: la ejecución paralela de las señales de RF y las digitales provoca una transmisión cruzada a 90° si deben cruzarse.
b. Huellas superpuestas: las huellas en capas adyacentes que se superponen actúan como condensadores, causando acoplamiento de señal.
c.Via stubs: no utilizado vía longitud (stubs) causa reflejos de la señal  utiliza perforación para remover los stubs > 0,5 mm.

Parte 3: Solución de problemas comunes de PCB de alta frecuencia
Los PCB de RF se enfrentan a desafíos únicos, aquí está cómo solucionarlos antes de que afecten el rendimiento.

3.1 Pérdida de señal: diagnóstico y reparación
Las pérdidas de señal elevadas (IL > 1 dB/in a 10 GHz) suelen ser causadas por:
a.Material incorrecto: Cambie el Megtron6 (0,95 dB/in) por el Rogers RO4003C (0,72 dB/in) para reducir la pérdida en un 24%.
b. Geometría de trazas deficiente: las trazas estrechas (0,8 mm en lugar de 1,2 mm) aumentan la resistencia. Utilice calculadoras de impedancia para confirmar el ancho.
c. Contaminación: las máscaras de soldadura o los residuos de flujo en las huellas de RF aumentan las pérdidas de uso en la fabricación de salas limpias (LT CIRCUIT utiliza salas limpias de clase 1000).

3.2 Interferencias del IME
Si su PCB de RF está captando ruido:
a. Verificar la conexión a tierra: utilizar un multimetro para comprobar la continuidad del plano de tierra. Las interrupciones causan una impedancia y un EMI elevados.
b. Añadir cuentas de ferrita: Colocar cuentas en las líneas eléctricas para bloquear el ruido de alta frecuencia de los reguladores.
c. Rediseño de blindaje: Extienda las latas de blindaje para cubrir las vías de costura de tierra que permiten la fuga de EMI.

3.3 Manejo térmico
Los componentes de RF (por ejemplo, los amplificadores de potencia 5G) generan calor, el sobrecalentamiento aumenta la Df y la pérdida de señal.
a.Vías térmicas: se añaden 4·6 vías debajo de los componentes calientes para transferir el calor al plano del suelo.
b. disipadores de calor: utilizar disipadores de calor de aluminio para componentes con una disipación de energía > 1 W.
c. Selección de material: Rogers RO4003C (conductividad térmica: 0,71 W/m·K) disipa el calor 2 veces mejor que el FR4 estándar.

Parte 4: Por qué elegir el circuito LT para PCB RF de alta frecuencia
LT CIRCUIT no es solo un fabricante de PCB, son especialistas en RF con un historial de entrega de placas para sistemas 5G, aeroespaciales y de radar.

4.1 Materiales y certificaciones de grado RF
a.Socio autorizado de Rogers/Megtron: Utilizan materiales originales de Rogers RO4003C/RO4350B y Megtron6 sin falsificaciones que causen pérdida de señal.
b.Clasificación IPC 3: el estándar de calidad de PCB más alto, que garantiza que los PCB RF cumplan con los requisitos de fiabilidad aeroespacial/telecomunicación.

4.2 Conocimiento técnico
a. Soporte de diseño de RF: Sus ingenieros ayudan a optimizar la compatibilidad de impedancia y el blindaje, ahorrando 4 a 6 semanas de rediseño.
b. Pruebas avanzadas: las pruebas internas de TDR, IL/RL y ciclos térmicos validan el rendimiento de la RF antes del envío.

4.3 Resultados comprobados
Estaciones base 5G: PCB con una pérdida de < 0,7 dB/in a 10 GHz utilizadas por las principales empresas de telecomunicaciones.
b.RF por satélite: PCB que sobreviven a más de 1.000 ciclos térmicos (de -40 °C a 125 °C) sin degradación del rendimiento.

Preguntas frecuentes
1¿Cuál es la diferencia entre PCB de alta frecuencia y PCB de alta velocidad?
Los PCB de alta frecuencia manejan señales de RF (300 MHz~300 GHz) y se centran en bajas pérdidas/Df. Los PCB de alta velocidad manejan señales digitales (por ejemplo, PCIe 6.0) y se centran en la integridad de la señal (desviación, jitter).

2¿Puedo usar el estándar FR4 para aplicaciones de RF?
No.FR4 tiene una alta Df (0,01 ∼0,02) y pérdida de señal (> 1,5 dB/in a 10 GHz), por lo que no es adecuado para RF. Utilice materiales Rogers o Megtron en su lugar.

3¿Cuánto cuesta un PCB RF de alta frecuencia?
Los PCBs basados en Rogers cuestan 2×3 veces más que el FR4, pero la inversión vale la pena: una menor pérdida de señal reduce las fallas de campo en un 70%.

4¿Cuál es la frecuencia máxima que un PCB de alta frecuencia puede manejar?
Con sustratos de teflón y geometría de línea de rayos, los PCB pueden manejar hasta 300 GHz (mmWave) usados en comunicaciones por satélite y I+D 6G.

5¿Cuánto tiempo se tarda en fabricar PCB RF de alta frecuencia?
LT CIRCUIT entrega prototipos en 5 ¢7 días y la producción en masa en 2 ¢3 semanas ¢más rápido que los promedios de la industria (10 ¢14 días para los prototipos).

Conclusión: Los PCB de alta frecuencia son el futuro de la RF
A medida que la 5G se expanda, el IoT crezca y los sistemas de radar se vuelvan más avanzados, los PCB de alta frecuencia solo crecerán en importancia.coincidencia de la impedancia maestra, y invertir en la fabricación de precisión.

Cortar esquinas –usando FR4 en lugar de Rogers, saltarse el blindaje o ignorar la impedancia– conducirá a pérdida de señal, EMI y costosas fallas de campo.Pero con el enfoque correcto (y socios como LT CIRCUIT), se pueden construir PCB de RF que entregan señales rápidas y confiables para incluso las aplicaciones más exigentes.

El futuro de la comunicación inalámbrica depende de los PCB de alta frecuencia.estarás por delante de la curva entregando productos que impulsan la próxima generación de tecnología de RF.