Technique RF - Sélection de matériaux de plaques imprimées par micro - ondes et Intermodulation passive

Avec le développement des communications sans fil et des réseaux à large bande, les cartes imprimées par micro - ondes ne sont plus simplement câblées en fils métalliques sur certains substrats isolants pour réaliser des interconnexions. Dans de nombreux cas, le substrat et les conducteurs métalliques font déjà partie des éléments fonctionnels. Dans les applications RF en particulier, où les composants interagissent avec le substrat, la conception et la fabrication de PCB ont un impact croissant sur la fonctionnalité du produit. Une partie typique d'une plaque hyperfréquence, représentée à gauche sur la figure 1, dans laquelle les conducteurs sont des éléments séparés.

Nous, fabricants de PCB, sommes également plus impliqués dans la conception, en particulier la transmission de signaux haute fréquence et haute vitesse. Les concepteurs doivent également avoir une connaissance approfondie du processus de fabrication de PCB pour produire des PCB haute performance qualifiés.

Nous commençons par cette question en présentant certains des paramètres avec lesquels vous êtes souvent en contact, en faisant des discussions techniques peu profondes, dans l'espoir d'approfondir la communication et la communication entre la conception et la fabrication.

1. Constante diélectrique

La constante diélectrique (DK, Isla, er) détermine la vitesse du signal électrique dans le milieu. La vitesse du signal électrique est inversement proportionnelle à la racine carrée de la constante diélectrique. Plus la constante diélectrique est faible, plus le signal est transmis rapidement. Pour vous donner une belle métaphore, vous courez sur la plage avec de l'eau qui coule jusqu'à vos chevilles. La viscosité de l'eau est appelée constante diélectrique. Plus l'eau est collante et plus la constante diélectrique est élevée, plus vous courez lentement.

La constante diélectrique est moins facile à mesurer ou à définir, elle est liée non seulement à la nature du milieu lui - même, mais aussi à la méthode d'essai, à la fréquence des essais et à l'état du matériau avant et après l'essai. La constante diélectrique varie également avec la température et certains matériaux spéciaux ont été développés en tenant compte de la température. L'humidité est également un facteur important qui affecte la constante diélectrique, car l'eau a une constante diélectrique de 70 et très peu d'humidité peut provoquer des changements importants.

Comme on peut le voir, le matériau idéal pour les applications PCB haute vitesse et haute fréquence est un support d'air enveloppé de feuille de cuivre avec une tolérance d'épaisseur de + / - 00001 ".en tant que développement d'un matériau, tout le monde travaille dans cette direction, comme le brevet foampclad d'Arlon, qui est idéal pour les antennes de station de base.cependant, tous les modèles ne sont pas conçus avec une constante diélectrique plus petite, mieux c'est, il a tendance à être basé sur une conception pratique, Certaines exigences pour la petite taille de la ligne, souvent besoin d'un matériau à constante diélectrique élevée, comme Arlon ar1000 pour les petites antennes Conception de circuits binarisés. Certains modèles, tels que les amplificateurs de puissance, utilisent généralement une constante diélectrique de 2,55 (par exemple, Arlon diclad527, ad255, etc.) ou 3,5 (par exemple, ad350, 25n / fr, etc.). Il existe également des modèles avec une constante diélectrique de 4,5 (par exemple, ad450) qui passent principalement de La conception fr - 4 à des applications haute fréquence et qui souhaitent poursuivre la conception précédente.

La constante diélectrique, en plus d'influencer directement la vitesse de transmission du signal, détermine en grande partie l'impédance caractéristique, ce qui rend l'adaptation d'impédance caractéristique particulièrement importante dans les cartes de communication micro - ondes à différents endroits. Si une désadaptation d'impédance se produit, elle est également appelée rapport d'onde stationnaire.

CTR: comme la constante diélectrique varie en fonction de la température et que les matériaux utilisés dans les applications micro - ondes se trouvent généralement à l’extérieur, même dans un environnement spatial, le CTR (coefficient thermique de er) est également un paramètre clé. Certains PTFE remplis de poudre céramique peuvent avoir de très bonnes propriétés, par exemple le clte.

2. Facteur de perte (tangente de perte, DF et facteur de dissipation)

En plus de la constante diélectrique, le facteur de perte est un paramètre important qui affecte les propriétés électriques des matériaux. La perte de média, également appelée tangente d'angle de perte, facteur de perte, etc., se réfère à la perte de signal dans le média, peut également être appelée perte d'énergie. En effet, les molécules du milieu, lorsqu'elles traversent la couche diélectrique, tentent de s'orienter en fonction d'un signal haute fréquence (se déplaçant constamment entre les phases positive et négative), bien qu'elles ne puissent pas le faire car elles sont réticulées. Mais le changement de fréquence maintient les molécules en mouvement, produisant beaucoup de chaleur, ce qui entraîne une perte d'énergie. Certains matériaux, comme le polytétrafluoroéthylène, ont des molécules non polaires et ne sont donc pas affectés par les variations du champ électromagnétique, avec moins de pertes. De même, le facteur de perte est lié à la fréquence et à la méthode de test. La loi générale est que plus la fréquence est élevée, plus les pertes sont importantes.

L'exemple le plus intuitif est la consommation d'énergie de la transmission. Si la perte de conception du circuit est faible. La durée de vie de la batterie peut être considérablement prolongée. Lors de la réception d'un signal, les pertes de matériau sont exploitées, la sensibilité de l'antenne au signal augmente et le signal est plus clair.

La résine époxy fr4 couramment utilisée (dk4.5) a une polarité relativement forte, avec des pertes de l'ordre de 0025 à 1 GHz, alors que le substrat PTFE (dk2.17) a des pertes de 00009 dans cette condition. Par rapport aux Polyimides chargés de verre, les Polyimides chargés de quartz ont non seulement une constante diélectrique plus faible, mais également des pertes plus faibles en raison de la teneur en silicium pur.

La structure moléculaire du PTFE est illustrée ci - dessous. Nous pouvons voir que la structure du PTFE est très symétrique, avec des liaisons C - f serrées et sans groupes polaires. Il y a donc peu de possibilité d'oscillation avec les variations du champ électromagnétique et peu de pertes se manifestant par les caractéristiques électriques.

3. Coefficient de dilatation thermique (CTE)

Le coefficient de dilatation thermique, souvent appelé simplement coefficient d'efficacité thermique (CTE), est l'une des propriétés thermomécaniques importantes d'un matériau. Se réfère à l'expansion du matériau lorsqu'il est chauffé. L'expansion réelle du matériau fait référence à des variations de volume, mais en raison des caractéristiques du substrat, nous avons tendance à considérer l'expansion plane (X -, y -) et verticale (Z -) respectivement.

La dilatation thermique plane peut généralement être contrôlée par un matériau de couche de renfort (tissu de verre, quartz, thermount, par exemple), tandis que la dilatation longitudinale est toujours difficile à contrôler au - dessus de la température de transformation du verre.

Le cte plat est essentiel pour l'installation d'un boîtier haute densité. Si la puce (CTE généralement entre 6 et 10 ppm / C) est montée sur un PCB classique (CTE 18 PPM / C), cela peut entraîner un vieillissement excessif des points de soudure après plusieurs cycles thermiques. L'axe Z cte affecte directement la fiabilité des trous de plantation, en particulier pour les plaques imprimées par micro - ondes.