¿Qué es una placa HF? Una placa HF (High Frequency PCB) es una placa de circuito impreso (PCB) especializada diseñada específicamente para manejar y transmitir señales de alta frecuencia (normalmente por encima de los 100 MHz, con bandas de microondas y ondas milimétricas que operan a frecuencias aún más altas). Sus características principales residen en el uso de materiales específicos y diseños especializados para garantizar la estabilidad, la integridad y la baja pérdida de la transmisión de señales de alta frecuencia.
Características de las placa HF:
1.La constante dieléctrica (DK) debe ser baja y suficientemente estable; en general, es preferible que sea baja, ya que una DK alta puede causar retrasos en la propagación de la señal.
2.El factor de pérdida dieléctrica (DF) debe ser mínimo, ya que afecta principalmente a la calidad de la transmisión de la señal; un DF más bajo reduce correspondientemente la atenuación de la señal.
3.El coeficiente de expansión térmica debe ser lo más parecido posible al de la lámina de cobre, ya que las discrepancias pueden provocar la delaminación durante los ciclos térmicos.
4.La absorción de agua debe ser baja en entornos húmedos, ya que una absorción elevada afecta negativamente a la DK y la DF.
5.Es esencial que tengan una excelente resistencia térmica, química, al impacto y a la delaminación.
Materiales para núcleos de placa HF
Materiales FR-4 de alta frecuencia
Los materiales FR-4 de alta frecuencia se derivan de sustratos FR-4 estándar mediante la modificación y optimización de la resina. Su constante dieléctrica (Dk) oscila entre 3,8 y 4,5, con un factor de pérdida (Df) entre 0,015 y 0,025. Presenta una excelente resistencia a la temperatura, con una temperatura de transición vítrea (Tg) no inferior a 170 °C. En cuanto al coste, solo es entre un 20 % y un 30 % más caro que el laminado FR-4 estándar.
Este material es adecuado principalmente para equipos de alta frecuencia que funcionan en bandas de frecuencia media-baja. Tiene una amplia aplicación en módulos periféricos para routers WiFi 6 y estaciones base 4G. Un fabricante de routers sustituyó con éxito el laminado FR-4 de alta frecuencia por materiales de primera calidad, logrando una reducción de costes del 15 % y manteniendo al mismo tiempo el pleno cumplimiento de los requisitos de rendimiento de los equipos.
Placa de politetrafluoroetileno (PTFE)
Las placas de politetrafluoroetileno (PTFE) presentan unas características de rendimiento excepcionales. Su constante dieléctrica es excepcionalmente baja, entre 2,0 y 2,3, mientras que su factor de pérdida es mínimo, entre 0,001 y 0,003. Esto minimiza la pérdida de señal durante la transmisión. Además, presenta una tolerancia a la temperatura excepcionalmente amplia, funcionando de forma estable entre -260 °C y 260 °C. Sin embargo, este material presenta dificultades en el mecanizado y tiene un coste elevado, normalmente entre 3 y 5 veces superior al de los laminados FR-4 de alta frecuencia.
Se emplea principalmente en aplicaciones de frecuencia ultraalta o en escenarios que exigen una precisión excepcional. Campos como las estaciones base de ondas milimétricas 5G, las comunicaciones por satélite y los equipos de radar dependen de los laminados de PTFE. En un determinado proyecto aeroespacial, la adopción de laminados de PTFE aumentó la distancia de transmisión de la señal en un 20 %.
Series RT/duroid (RT5880, RT5870, etc.), series TLE, RF y TLX de Taconic. Ventajas: constante dieléctrica extremadamente baja (Dk: 2,2-3,5), pérdida dieléctrica mínima (Df: 0,0009-0,002) y rendimiento muy estable. Desventajas: alto coste, resistencia mecánica ligeramente inferior y procesos de perforación y metalización complejos.
Placa de resina de hidrocarburos
Las características de rendimiento de las placas de resina de hidrocarburos se sitúan entre las de las placas de politetrafluoroetileno (PTFE) y las placas FR-4 de alta frecuencia. Su constante dieléctrica (Dk) oscila entre 3,0 y 3,5, con un factor de pérdida (Df) de 0,003 a 0,008. Este material presenta una maquinabilidad favorable, lo que permite operaciones de perforación similares a las de los laminados FR-4 estándar. En cuanto al coste, supone una reducción del 40 % en comparación con los laminados de politetrafluoroetileno (PTFE).
Adecuado para aplicaciones que incluyen estaciones base macro 5G, módulos ópticos y routers de gama alta, un fabricante de equipos de telecomunicaciones empleó con éxito laminados de resina de hidrocarburos para lograr el doble objetivo de mantener los estándares de rendimiento y controlar los costes.
Placas de polifenileno éter (PPE/PPO)
Las placas de polifenileno éter (PPE/PPO) presentan características de rendimiento distintivas. Su constante dieléctrica (Dk) oscila entre 2,4 y 3,0, con un factor de pérdida (Df) de 0,005 a 0,01, además de una excelente resistencia a la humedad. En cuanto al coste, es un 20 % más barato que los laminados de resina de hidrocarburos, aunque su resistencia a la temperatura es relativamente menor, con una temperatura de transición vítrea (Tg) que oscila entre 120 y 150 °C.
Este laminado se utiliza principalmente en módulos de alta frecuencia para productos electrónicos de consumo, como las secciones de RF 5G de los teléfonos inteligentes y los módulos de transmisión de vídeo de drones. Cierto fabricante de teléfonos móviles ha reducido eficazmente los costes de las placas de RF mediante la adopción de laminados de polifenileno éter (PPE/PPO).
Laminados rellenos de cerámica
Los laminados rellenos de cerámica presentan una constante dieléctrica (Dk) estable, ajustable en el rango de 2,5-6,0, con un coeficiente de temperatura bajo que no supera los 50 ppm/°C. Esto los hace muy adecuados para aplicaciones que exigen un control preciso de la impedancia. Sin embargo, estas láminas presentan una fragilidad significativa y un peso considerable.
Se emplean principalmente en radares para automóviles (77 GHz) y pasarelas industriales de IoT. Tras la adopción de láminas rellenas de cerámica, un determinado fabricante de automóviles garantizó que las fluctuaciones de impedancia del radar se mantuvieran dentro del 3 % en el rango de temperatura de -40 ℃ a 125 ℃.
A la hora de seleccionar materiales de sustrato adecuados para placa HF, se deben priorizar los siguientes factores clave:
1.Rendimiento de fabricación:
Incluye múltiples características de laminación, adaptabilidad a la temperatura, resistencia al CAF (filamento anódico conductor) y estabilidad térmica, resistencia mecánica y cohesión (que garantizan una alta fiabilidad) y clasificaciones de seguridad contra incendios.
2.Características de rendimiento compatibles con el producto (que abarcan las propiedades eléctricas y la estabilidad):
Los materiales deben presentar una baja pérdida de señal, parámetros Dk (constante dieléctrica)/Df (factor de pérdida dieléctrica) estables,características de baja dispersión y una variación mínima de los parámetros con los cambios de frecuencia y del entorno.Es esencial que las tolerancias del espesor del material y el contenido de adhesivo sean precisas (lo que facilita un control preciso de la impedancia).
Para longitudes de traza prolongadas, se recomienda una lámina de cobre de baja rugosidad. Además, el diseño PCB de alta velocidad depende en gran medida de la simulación durante las etapas iniciales, y los resultados de la simulación proporcionan una orientación de diseño fundamental. El «Laboratorio conjunto Xingsen Technology-Agilent (alta velocidad/RF)» ha abordado eficazmente el reto industrial de las discrepancias entre la simulación y la medición. Mediante una exhaustiva verificación en bucle cerrado de las simulaciones y las mediciones físicas, ha logrado una alta correlación entre ambas utilizando metodologías únicas.
3.Puntualidad en el suministro de materiales:
Los ciclos de adquisición de numerosos laminados de alta frecuencia pueden prolongarse hasta dos o tres meses. Si bien se dispone de laminados de alta frecuencia estándar como el RO4350, la mayoría requiere materiales suministrados por el cliente. Por consiguiente, es esencial comunicarse con antelación con los proveedores para garantizar la obtención rápida de laminados de alta frecuencia.
4.Consideraciones de coste:
Las decisiones deben tomarse en función de la sensibilidad al precio del producto, aclarando si se dirige al mercado de consumo o a aplicaciones en los sectores de las telecomunicaciones, médico, industrial o militar.
5.Requisitos de conformidad:
Asegúrese de que los materiales cumplen las normativas medioambientales de los diferentes países, como la RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) y las normas sobre ausencia de halógenos.
El rendimiento de las placa HF se ve influido por múltiples factores, entre los que se incluyen la selección del sustrato, el procesamiento y el coste.Solo mediante una evaluación exhaustiva y una selección adecuada del sustrato se pueden producir placa HF de alta calidad, lo que impulsa de forma sólida el avance de la tecnología de alta frecuencia.
