Blogue PCB - Quelques problèmes à surveiller pour la conception de cartes PCB portables

En raison du petit volume et de la taille des cartes PCB, il existe peu de normes prêtes à l'emploi pour les cartes de circuits imprimés pour le marché en pleine croissance de l'IOT portable. Avant l'introduction de ces normes, nous devons nous appuyer sur le développement des connaissances acquises et de l'expérience de fabrication au niveau du Conseil d'administration et réfléchir à la façon de les appliquer aux défis émergents uniques. Trois domaines nécessitent une attention particulière de notre part. Les cartes PCB sont généralement constituées de stratifiés qui peuvent être fabriqués à partir de résine époxy renforcée de fibres (fr4), de Polyimide ou de matériaux Rogers ou d'autres matériaux de stratifié. Le matériau isolant entre les différentes couches est appelé préimprégné.

Quelques points clés à surveiller dans la conception de cartes PCB portables les wearables sont exigeants en matière de fiabilité, ce qui devient problématique lorsque les concepteurs de cartes PCB sont confrontés au choix d'utiliser fr4, un matériau rentable pour la fabrication de cartes PCB, ou des matériaux plus avancés et plus coûteux. Si une application de carte PCB portable nécessite des matériaux haute vitesse et haute fréquence, fr4 peut ne pas être une option. La constante diélectrique (DK) du fr4 est de 4,5, celle des matériaux les plus avancés de la série Rogers 4003 est de 3,55 et celle de la série Brother Rogers 4350 est de 3,66. Par constante diélectrique d'un stratifié, on entend le rapport de la capacité ou de l'énergie entre une paire de conducteurs à proximité du stratifié et de la capacité ou de l'énergie entre cette paire de conducteurs dans le vide. Aux hautes fréquences, les pertes sont très faibles. Ainsi, le Roger 4350 avec une constante diélectrique de 3,66 est mieux adapté aux applications de fréquences plus élevées que le fr4 avec une constante diélectrique de 4,5. Dans des circonstances normales, le nombre de couches de PCB pour les wearables varie de 4 à 8 couches. Le principe de la structure en couches est que s'il s'agit d'une carte PCB à 8 couches, elle devrait être en mesure de fournir suffisamment de couches de terre et d'alimentation et de clipper la couche de câblage au milieu. De cette façon, l'effet d'ondulation en diaphonie peut être maintenu et les interférences électromagnétiques (EMI) peuvent être considérablement réduites. Au stade de la conception de la disposition de la carte, le schéma de disposition consiste généralement à placer une grande couche de mise à la terre à proximité de la couche de distribution. Cela peut créer un effet d'ondulation très faible et le bruit du système peut également être réduit à presque zéro. Ceci est particulièrement important pour les sous - systèmes RF. Le fr4 a un facteur de dissipation (DF) plus élevé que les matériaux Rogers, en particulier à haute fréquence. Pour un stratifié fr4 plus performant, la valeur DF est d'environ 0002, soit un ordre de grandeur supérieur à celui du fr4 normal. Cependant, la pile de Rogers n'est que de 0001 ou moins. Lorsque le matériau fr4 est utilisé pour des applications à haute fréquence, il y aura une différence significative dans les pertes d'insertion. La perte d'insertion fait référence à la perte de puissance d'un signal d'un point a à un point B lors de l'utilisation de fr4, Rogers ou d'autres matériaux. Problèmes de fabrication une carte PCB portable nécessite un contrôle d'impédance plus strict. C'est un facteur important pour les wearables. L'adaptation d'impédance peut produire une transmission de signal plus propre. Auparavant, la tolérance standard pour les traces de transmission du signal était de ± 10%. Cet indicateur n'est clairement pas assez bon pour les circuits haute fréquence et haute vitesse d'aujourd'hui. L'exigence actuelle est de ± 7%, voire ± 5% ou moins dans certains cas. Ce paramètre et d'autres variables vont fortement influencer la fabrication de ces cartes PCB portables dont le contrôle d'impédance est particulièrement strict, limitant ainsi le nombre d'entreprises pouvant les fabriquer. Les tolérances de permittivité diélectrique des stratifiés en matériaux UHF de Rogers sont généralement maintenues à ± 2%, et certains produits peuvent même atteindre ± 1%. A l'inverse, les stratifiés fr4 présentent des tolérances de permittivité jusqu'à 10%. La comparaison de ces deux matériaux permet donc de constater que les pertes d'insertion de Rogers sont particulièrement faibles. Les pertes de transmission et d'insertion de l'empilement Rogers sont réduites de moitié par rapport aux matériaux fr4 traditionnels. Dans la plupart des cas, le coût est important. Cependant, Rogers peut offrir des performances de stratifié à haute fréquence avec des pertes relativement faibles à un prix acceptable. Pour les applications commerciales, Rogers peut fabriquer des PCB hybrides avec des groupes époxy fr4, dont certaines couches utilisent des matériaux Rogers et d'autres fr4. La fréquence est la première considération lors du choix d'une pile Rogers. Lorsque les fréquences dépassent 500 MHz, les concepteurs de cartes PCB ont tendance à choisir des matériaux Rogers, en particulier pour les circuits RF / micro - ondes, car ces matériaux peuvent offrir des performances supérieures lorsque la piste supérieure est soumise à un contrôle d'impédance strict. Les matériaux Rogers peuvent également offrir des pertes diélectriques plus faibles que les matériaux fr4 et leur constante diélectrique est stable sur une large gamme de fréquences. De plus, les matériaux Rogers peuvent offrir les performances idéales à faible perte d'insertion requises pour un fonctionnement à haute fréquence. Le coefficient de dilatation thermique (CTE) des matériaux de la série Rogers 4000 offre une excellente stabilité dimensionnelle. Cela signifie que la dilatation thermique et la contraction de la carte peuvent être maintenues à des limites stables avec des cycles de fréquence et de température plus élevées lorsque la carte PCB subit des cycles de soudage à reflux à froid, chaud et très chaud par rapport à fr4. Dans le cas de l'empilage hybride, il est facile de mélanger Rogers et le fr4 haute performance en utilisant les techniques de processus de fabrication courantes, ce qui rend relativement facile d'obtenir un rendement de fabrication élevé. La pile Rogers ne nécessite pas de processus de préparation de trou traversant spécial. Un fr4 ordinaire ne permet pas d'obtenir des performances électriques très fiables, mais un matériau fr4 performant présente de bonnes caractéristiques de fiabilité, par example une TG plus élevée, reste relativement peu coûteux et peut être utilisé dans un large éventail d'applications, De la conception audio simple aux applications micro - ondes complexes. Conception RF / micro - ondes la prise en compte de la technologie portable et du Bluetooth ouvre la voie à l'application RF / micro - ondes dans les appareils portables. La gamme de fréquences d'aujourd'hui devient de plus en plus dynamique. Il y a quelques années, les très hautes fréquences (VHF) étaient définies comme 2ghzï½ GHz. Mais maintenant, nous pouvons voir des applications ultra haute fréquence (UHF) de 10 GHz à 25 GHz. Ainsi, pour une carte PCB portable, la partie RF nécessite une plus grande attention aux problèmes de câblage, les signaux doivent être séparés et les traces qui génèrent les signaux haute fréquence doivent être éloignées du sol. D'autres considérations comprennent: la fourniture d'un filtre de dérivation, d'un condensateur de découplage suffisant, d'une masse, et la conception de lignes de transmission et de lignes de retour presque égales. Le filtre de dérivation peut supprimer le contenu sonore et la déchirure