PCBs multicapa para microondas y RF

Carlos Rodríguez Alemparte | Investigador

Incluso hoy en día, el diseño de PCBs (placa de la foto) es la base sobre la que se construye un prototipo electrónico de radiocomunicaciones. Algunas PCBs son sencillas, usando materiales típicos como el FR4 y sólo 2 capas. Otras son más complejas, como algunas PCBs diseñadas en Gradiant,  usando varias capas de metalización y distintos dieléctricos, alternado FR4 con substratos especiales para microondas, más homogéneos y con menores pérdidas. La tecnología multicapa de PCBs se asemeja mucho a la construcción de un sándwich, en la que se alternan “cores” con “prepegs”. Mientras que los cores son sólidos y se asemejan a una PCB bicapa tradicional con cobre por ambas caras, los prepegs son originalmente capas gelatinosas con su resina epoxy a medio fraguar, siendo similares a las lonchas de queso de un sándwich. En el proceso de prensado, mediante calor y presión, estas capas de prepeg son las que unen los distintos cores para conformar la PCB multicapa. Es importante elegir un prepeg con la constante dieléctrica y fluencia adecuada, para garantizar una buena unión y un buen relleno de los via holes, que son los canales verticales de unión eléctrica entre los distintos niveles de metalización.

El diseñador tiene que enfrentarse a restricciones de las técnicas de fabricación, como la relación de aspecto entre el diámetro del via hole y su profundidad (>1/8),  para no complicar el proceso de metalización del via hole. El proceso de prensado de los cores y prepegs genera 3 tipos de via holes:

through” o vía de paso total: atraviesa todos los niveles de metalización, saliendo por ambos extremos de la PCB.

blind” o vía ciega: conecta una cara externa con varias capas internas vecinas, pero sin llegar a salir por el otro extremo.

buried” o vía enterrada: conecta sólo capas internas, con lo que no se ve desde el exterior.

La metalización de los agujeros tiene consecuencias importantes en el cálculo de las líneas de transmisión de RF cuando se usan dieléctricos delgados, porque cada remetalización añade grosor al cobre, lo que afecta a la impedancia característica de la línea de TX.  Se debe intentar mantener una densidad superficial del cobre casi constante en el diseño del layout, para evitar obtener pistas de RF muy gruesas y poco espesor en los planos de masa.  Mantener una estructura simétrica del sándwich ayuda también a rebajar tensiones indeseables que pueden producir un combado de la PCB.

El grosor adecuado de las pistas de RF evita pérdidas de potencia por desadaptación de impedancias entre etapas. Una puesta a tierra con via holes en los planos de masa externos cada lambda/40 de la frecuencia usada más elevada evita problemas de EMI (Interferencia Electromagnética) o comportamientos impredecibles.

Con un buen diseño, la propia PCB nos puede proporcionar todas las líneas de transmisión de nuestro circuito, la antena del sistema o un buen disipador térmico.

En el último año y medio Gradiant ha creado un prototipo digital-analógico híbrido, haciendo uso de la tecnología multicapa de PCBs con componentes por ambas caras, integrando RF y FPGAs en un mismo diseño. Se consolida así el nuevo laboratorio de RF y prototipado electrónico con un equipamiento muy completo y personal especializado.

 

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