Technique RF - Comment sélectionner les matériaux RF PCB

Avec le développement des communications sans fil et des réseaux à large bande, Les PCB ne sont plus simplement posés sur des substrats isolés pour réaliser l'interconnexion des circuits. Dans de nombreux cas, Plaque de base RF PCB Les conducteurs métalliques sont devenus partie intégrante de la fonction. En particulier dans les applications RF, Interaction entre les composants et le substrat PCB, Par conséquent, la conception et la fabrication des BPC ont de plus en plus d'influence sur la fonction du produit.. Comme le montre la figure ci - dessous, Typique Micro - ondes RF PCB Tous des composants.

La nôtre. Fabricant de PCB RF Participation accrue à la conception des radiofréquences, En particulier dans la transmission de signaux à haute fréquence et à grande vitesse. De même,, Afin de produire des BPC qualifiés et de haute performance, les concepteurs de BPC doivent avoir une compréhension approfondie du processus de fabrication des BPC..

1. Constante diélectrique (DK)

La constante diélectrique (DK, μ¼ er) détermine la vitesse de propagation du signal électrique dans le milieu. La vitesse de propagation du signal électrique est inversement proportionnelle à la racine carrée de la constante diélectrique. Plus la constante diélectrique est basse, plus le signal est rapide. Faisons une analogie visuelle, comme si tu courais sur la plage. L'eau a inondé vos chevilles. La viscosité de l'eau est une constante diélectrique. Plus l'eau est visqueuse, plus la constante diélectrique est élevée et plus la vitesse de fonctionnement est lente.

Les constantes diélectriques sont moins faciles à mesurer ou à définir. Il est lié non seulement aux caractéristiques du milieu lui - même, mais aussi à la méthode d'essai, à la fréquence d'essai et à l'état du matériau avant et après l'essai. La constante diélectrique varie également en fonction de la température. Compte tenu de la température, l'humidité de certains matériaux spéciaux a également été développée comme un facteur important affectant la constante diélectrique, puisque la constante diélectrique de l'eau est de 70

Les constantes diélectriques (1 MHz) de certains matériaux typiques sont les suivantes:

Vide 1,0

PTFE pur 2.1

Plâtre 2 ż 2 Ž 2,3

GX - PTFE 2.55

Cyanate / verre 3.2

Cyanate / Quartz 2,8 - 3,4

Polyimide quartz 3,5 - 3,8

Verre Polyimide 4,0 - 4,6

Verre époxy (fr4) 4.4 - 5.2

Amines aromatiques non tissées (polyamides aromatiques) 3.8 - 4.1

Amines aromatiques (tissus) 3.8 - 4.1

PTFE rempli de céramique 6.0 - 10.2

Revêtement en mousse (brevet arlon) 1.15 - 1.3

Eau 70,0

Pour les applications à haute vitesse et à haute fréquence, le matériau idéal est un milieu d'air recouvert d'une feuille de cuivre.

En plus d'affecter directement la vitesse de transmission du signal, la constante diélectrique détermine également dans une large mesure l'impédance caractéristique. Dans différentes parties, l'appariement de l'impédance caractéristique est particulièrement important dans la communication par micro - ondes. En cas de décalage d'impédance, le décalage d'impédance est également appelé VSWR (rapport d'onde stationnaire).

Cter: comme la constante diélectrique varie en fonction de la température et que les matériaux utilisés dans les micro - ondes sont généralement à l'extérieur, même dans l'environnement spatial, cter (coefficient de variation de la constante diélectrique par rapport à la température) est un paramètre clé. Certains PTFE remplis de poudre céramique peuvent avoir de très bonnes propriétés, par exemple clte

2. Facteur de perte (DF)

En plus de la constante diélectrique, le facteur de perte est un paramètre important qui affecte les propriétés électriques d'un matériau. La perte diélectrique est également appelée tangente d'angle de perte, facteur de perte, etc. il s'agit de la perte ou de la perte d'énergie d'un signal dans un milieu. Ceci est dû au fait que lorsque des signaux à haute fréquence (qui changent continuellement entre les phases positive et négative) traversent la couche diélectrique, Les molécules du milieu tentent de s'orienter en fonction de ces signaux électromagnétiques. Bien qu'en fait, comme ces molécules sont réticulées, elles ne sont pas vraiment orientées. Cependant, les changements de fréquence peuvent entraîner un déplacement constant du marqueur, une production de chaleur importante et une perte d'énergie.

Cependant, certains matériaux, comme le PTFE, ne sont pas polaires, de sorte qu'ils ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques et que les pertes sont minimes. De même, le facteur de perte est lié à la fréquence et à la méthode d'essai. La règle générale est que plus la fréquence est élevée, plus la perte est grande. Si la perte de conception du circuit est faible, la durée de vie de la batterie peut être considérablement augmentée; Lorsque le signal est reçu, l'antenne sera plus sensible aux pertes matérielles et le signal sera plus clair.

La résine époxy fr4 couramment utilisée (dk4.5) a une polarité relativement forte. À 1 GHz, la perte est d'environ 0025 alors que celle du substrat PTFE (dk2.17) est de 00009. Le Polyimide rempli de quartz a une faible permittivité et une perte par rapport au Polyimide rempli de verre, car la teneur en silicium est pure.

La figure ci - dessous montre la structure moléculaire du PTFE. Nous pouvons voir que sa structure est très symétrique, que les liaisons C - F sont étroitement liées et qu'il n'y a pas de groupes polaires. Par conséquent, il est peu probable qu'il oscille à mesure que le champ électromagnétique change, ce qui se manifeste par des caractéristiques électriques à faible perte.

3. Coefficient de dilatation thermique (CTE)

Le coefficient de dilatation thermique est souvent abrégé en Cte, qui est l'une des propriétés thermomécaniques importantes du matériau. Il s'agit de l'expansion du matériau lorsqu'il est chauffé. L'expansion réelle du matériau est un changement de volume, mais en raison des caractéristiques du substrat, nous considérons généralement l'expansion dans le plan (X -, y -) et dans la direction verticale (Z -) respectivement. La dilatation thermique d'un plan peut généralement être contrôlée par un matériau de renforcement (p. ex., tissu de verre, quartz, thermomont). La dilatation longitudinale est toujours supérieure à la température de transition vitreuse, ce qui est difficile à contrôler. Le cte plat est essentiel pour l'installation de paquets haute densité. Si la puce (généralement un Cte de 6 à 10 ppm / C) est montée sur un PCB conventionnel (cte18 PPM / C), le PTFE est généralement rempli de poudres céramiques telles que le clte et le lcclte d'Arlon et est l'application la plus représentative pour la fabrication de panneaux multicouches de 64 étages pour les satellites de télécommunications mondiaux.

4. Conductivité thermique

Dans de nombreux domaines micro - ondes, il existe de nombreuses applications de haute puissance, les caractéristiques de dissipation de chaleur des matériaux peuvent grandement affecter la fiabilité de l'ensemble du système. Par conséquent, la conductivité thermique doit également être prise en considération. Des doublures métalliques (à base d'aluminium ou de cuivre) peuvent également être utilisées pour certaines applications spéciales à haute fiabilité et à haute consommation d'énergie. Exemples de types de matériaux: conductivité thermique W / mkptfe / tissu de verre diclad, cuclad0.26ptfe / poudre céramique, tissu de verre clte0.5ar10000.65ad350i0.45 matériau de thermodurcissement rempli de poudre céramique 25n / fr0.45 matériau de conductivité thermique 99n1.2fr-40.24-0.26

5. Fabrication

Nous savons que les matériaux PTFE sont difficiles à traiter, en particulier la métallisation des pores, ce qui nécessite un traitement au plasma ou au naphtalène de sodium pour améliorer leur activité. De plus, le PTFE est un matériau thermoplastique qui nécessite des températures élevées pour le traitement des panneaux multicouches. Un nouveau matériau de résine thermodurcissable à faible perte pour circuits à haute fréquence a été mis au point pour traiter des panneaux multicouches, comme arlon25n / fr, sans activation plasmatique. À l'heure actuelle, il est largement utilisé dans le LNA et l'hygroscopicité est un facteur à prendre en considération dans la conception du PA et de l'antenne. Les matériaux ayant une faible hygroscopicité doivent être choisis dans la mesure du possible afin de rendre les caractéristiques électriques plus stables.

6. Intermodulation passive (PIM)

Dans les conceptions frontales RF, comme les antennes et les filtres, l'Intermodulation passive est nécessaire. Cela concerne également le substrat PCB. Certaines entreprises utilisent des feuilles de cuivre spécifiques pour maintenir l'Intermodulation passive dans une certaine mesure. Le tableau ci - dessous montre les différences entre l'Intermodulation passive pour les panneaux qui n'ont pas d'exigences d'intermodulation passive et l'Intermodulation passive pour les panneaux qui ont des exigences spécifiques.

Matériaux de PCB RF à micro - ondes Sélection principalement par la constante diélectrique, Perte, Céramiques à faible coût à faible constante diélectrique avec coefficient de dilatation thermique et conductivité thermique, Faible constante diélectrique cter, Nombre stable de PTFE remplis thermodurcissables à faible coût, PTFE rempli de céramique à faible perte.