Technique RF - Rogers ro4003c et circuit céramique en alumine

Cet article présente les idées de conception de circuits imprimés Rogers ro4003c + pour la réalisation de circuits fonctionnels à ondes millimétriques à partir de matériaux céramiques en alumine.

Le procédé de circuit en couche mince de circuits intégrés est principalement utilisé dans le domaine des circuits haute fréquence tels que les micro - ondes et les ondes millimétriques, c'est - à - dire en utilisant des méthodes telles que l'évaporation sous vide, la pulvérisation, le placage, la gravure, etc. pour fabriquer des câbles conducteurs, des résistances et des films diélectriques isolants sur un substrat poli. Il se caractérise par une grande précision de production, une largeur de ligne métallique et un espacement pouvant être de 10 µm (correspondant à une largeur de ligne minimale et à un espacement de 100 µm réalisés par la plupart des usines de fabrication de PCB) et la possibilité d'intégrer des éléments passifs tels que des résistances, des condensateurs, des inductances et des ponts d'air. Les matériaux de substrat les plus couramment utilisés dans les circuits en couches minces sont la céramique, le saphir, le quartz, le verre, etc. en raison de leur constante diélectrique élevée et de leur stabilité de fréquence, ils sont parfaits pour les circuits miniaturisés et les circuits à large bande. Les PCB dont le substrat est un PCB haute fréquence sont utilisés comme support de connexion électrique de composants électroniques, non seulement comme matrice de lignes de transmission de signaux (lignes microruban, lignes ruban, guides d'ondes coplanaires, etc.), mais aussi comme support de dispositifs actifs à haute densité. Il peut également être combiné avec la technologie de circuit à couche mince pour introduire le circuit à couche mince dans le circuit PCB, combinant les avantages des deux et élargissant le champ d'application du circuit. J'ai essayé d'intégrer un substrat céramique en technologie de film mince dans une carte de circuit micro - ondes en carte haute fréquence ro4003c pour réaliser des dispositifs passifs avec des exigences de taille plus fines et leur permettre d'utiliser des dispositifs encapsulés par puce.

Paramètres de ligne de transmission 67ghz (gcpw)

L'utilisation de la technologie des couches minces sur des substrats en céramique d'alumine ou en quartz permet de réaliser facilement des dispositifs de circuits passifs (y compris des filtres, des répartiteurs de puissance, des coupleurs, etc.) dans la bande des ondes millimétriques et de réaliser des dispositifs à puce montés en surface sur des plots ou inversés et de réduire les dimensions. Étant donné que les circuits plans internes de la bande d'ondes millimétriques sont extrêmement sensibles aux différences de hauteur, les substrats en céramique et en quartz préparés avec des éléments de circuit passifs ne peuvent pas être utilisés directement sur la carte PCB, mais en utilisant la méthode d'enfoncement sur la carte PCB et en creusant une rainure de taille et de forme appropriées (équivalente à un trou borgne) dans la carte PCB et en utilisant le fond de la rainure comme référence de masse électrique pour le substrat en céramique, puis en noyant le substrat en céramique dans la rainure, la méthode de fixation est un collage conducteur époxy. De cette façon, j'ai réussi à réaliser un composant de filtre commuté dans la gamme de fréquences 35 - 67 GHz, où le filtre est implémenté sur une puce à quartz, les signaux d'entrée et de sortie combinés passant par une ligne de transmission à guide d'onde coplanaire (gcpw) reliée à la masse sur le PCB. Le matériau de la carte PCB est la carte Rogers 4003c. Les parties de connexion de signal de la plaquette de quartz et du PCB sont interconnectées par des jonctions de fils d'or.

L'utilisation d'un adhésif conducteur époxy pour coller une céramique d'alumine ou du quartz sur une carte PCB nécessite de prendre en compte les coefficients de dilatation thermique de deux matériaux différents, sinon des dommages sous contrainte se produiront pendant les processus à haute et basse température. La feuille 4003c de Rogers est une feuille largement utilisée dans le domaine des micro - ondes. Ses coefficients de dilatation thermique axiale X / y / z sont respectivement de 11 / 14 / 46 (PPM / C) et sont relativement proches de ceux des céramiques alumineuses. Bonne résistance mécanique. Le ro4003c présente de faibles pertes diélectriques (environ 00024 pour les îlots de Tan), la constante diélectrique ne varie pas significativement avec la température et la fréquence et l'absorption d'eau n'est que de 0,04%. Ces caractéristiques garantissent qu'il peut être appliqué à la bande des ondes millimétriques. La ligne de transmission se présente sous la forme d'un guide d'onde coplanaire à la masse pour minimiser l'impact des variations de la constante diélectrique. Dans le projet avec la fréquence la plus élevée de 67 GHz, les paramètres de la ligne de transmission sont illustrés dans la figure ci - dessous et les pertes d'insertion et les pertes intra - bande sont mesurées. L'indice de planéité est plus idéal.

En outre, les dispositifs finis réalisés sur un substrat en céramique (tels que mélangeurs, doubleurs de fréquence, etc.) peuvent également être facilement appliqués sur une carte PCB après avoir été enfoncés. La méthode d'installation de io mixer est illustrée dans l'image ci - dessous. Le mélangeur IQ de la figure est en forme d'anneau. La colle conductrice d'oxygène est collée sur une rainure de la carte PCB et les signaux d'entrée et de sortie sont interconnectés avec la partie PCB par des connexions filaires en or.

Schéma physique de l'interconnexion du mélangeur de substrat en céramique et de l'installation PCB

Lors de l'utilisation d'une feuille diélectrique de processus de film mince dans un PCB, il est nécessaire de prêter attention au traitement d'adaptation de l'interface de signal haute fréquence. En règle générale, il est recommandé que l'espace entre les deux supports soit aussi court que possible au niveau de la connexion du signal, en restant à 0,1 mm près. Par conséquent, la précision de la taille de fente de la carte PCB est requise.

À propos de Rogers ro4003c haute fréquence PCB spécifications matérielles, s'il vous plaît voir: Rogers ro4003c fiche technique