Technologie PCB - Impact du processus PCB sur les performances du circuit

Même la planification la plus détaillée et la plus approfondie peut parfois être erronée, car dans la conception de PCB haute fréquence, ses performances sont affectées par les variations de tolérance normales du processus de traitement du circuit. Alors que les outils de conception de logiciels modernes assistés par ordinateur (CAE) basés sur la simulation électromagnétique (EM) peuvent simuler et prédire les performances des circuits sous différents modèles, même les meilleurs logiciels de simulation ne peuvent pas prédire les changements dans certains processus de traitement de circuits classiques. Influence. En particulier, la déviation de l'épaisseur du revêtement de cuivre et la variation de forme du conducteur qui en résulte, ainsi que la variation des performances du circuit de couplage de bord qui en résulte.

Habituellement, l'épaisseur du cuivre plaqué PCB aura une certaine variation. Cependant, pour des raisons telles que le processus de fabrication, il y aura plus ou moins d'erreurs dans l'épaisseur du cuivre plaqué sur le même matériau et entre les différents matériaux. Ces variations de l'épaisseur du cuivre plaqué sont suffisantes pour affecter les performances d'un seul circuit sur une petite surface sur le matériau du circuit et donc la cohérence d'un même circuit sur plusieurs cartes PCB différentes.

Les Vias métallisés (PTH) permettent généralement une connexion conductrice entre un côté et l'autre d'un panneau PCB dans le sens de l'épaisseur du matériau diélectrique (axe Z), ou entre des couches conductrices dans un circuit à plaques multicouches. Les parois latérales des Vias sont plaquées de cuivre pour améliorer leur conductivité.

Cependant, le procédé de cuivrage PTH n'est ni traditionnel ni simple, et des procédés différents peuvent entraîner des différences dans l'épaisseur du revêtement de cuivre. La méthode de cuivrage des Vias PTH est généralement le cuivrage électrolytique, c'est - à - dire l'ajout d'une couche de cuivre galvaniquement plaqué sur la Feuille de cuivre du matériau PCB pour permettre la connexion électrique des vias. Ceci augmente en effet l'épaisseur de la Feuille de cuivre du stratifié et introduit une variation d'épaisseur de la Feuille de cuivre sur toute la plaque de matériau. Une variation de l'épaisseur de la Feuille de cuivre dans une seule plaque entraînera une différence dans l'épaisseur de la Feuille de cuivre dans la même plaque. De même, l'épaisseur inégale de la Feuille de cuivre entre les différentes cartes diminue également la répétabilité du même circuit entre les lots.

Parce que la longueur d'onde du signal diminue lorsque la fréquence est plus élevée, la variation de l'épaisseur du revêtement de cuivre a un impact plus important sur les circuits à ondes millimétriques que sur les circuits à basse fréquence. Cependant, tous les types de lignes de transmission ne sont pas affectés de la même manière. Par example, les performances d'amplitude et de phase d'une ligne de transmission RF / micro - ondes microruban ne sont que faiblement influencées par l'épaisseur du revêtement de cuivre du PCB. Cependant, en raison d'une variation excessive de l'épaisseur du revêtement de cuivre, un circuit comprenant une ligne de transmission à guide d'onde coplanaire à la Terre (gcpw) et un circuit de ligne de transmission microruban avec des caractéristiques de couplage de bord entraînera une variation significative de ses performances RF. À moins que chaque changement ne soit pris en compte, même avec les meilleurs outils logiciels de simulation électromagnétique, il n'est pas possible de prédire avec précision l'impact de l'épaisseur de cuivre de PCB sur les performances RF (par exemple, les pertes d'insertion et les pertes de retour).

Les circuits de couplage de bord permettent différents degrés de couplage par des intervalles très étroits entre les conducteurs de couplage. En raison de la taille microscopique de l'espace, la largeur de l'espace entre les parois latérales de couplage sera modifiée en raison de l'épaisseur du revêtement de cuivre. Le circuit à couplage lâche (plus grand écart) est moins affecté par les variations d'épaisseur du revêtement de cuivre. Au fur et à mesure que l'écart entre les lignes de couplage se rétrécit, le degré de couplage augmente et l'effet des tolérances dimensionnelles sur la variation de l'épaisseur du revêtement de cuivre augmente. Les parois latérales de la ligne de transmission du circuit seront également plus hautes pour un circuit de couplage de bord avec une couche de cuivre plus épaisse. La différence de hauteur des parois latérales entraînera également une différence de coefficient de couplage et la constante diélectrique effective (DK) obtenue pour des circuits ayant des épaisseurs de cuivrage différentes sera également différente.

Effet trapèze

La variation de l'épaisseur du revêtement de cuivre affecte également la forme physique des conducteurs de circuits haute fréquence. Aux fins de la modélisation, on suppose généralement que les conducteurs sont rectangulaires. Vu en coupe, la largeur du conducteur est cohérente le long de la longueur du conducteur. Cependant, c'est la situation idéale. Les conducteurs proprement dits sont généralement trapézoïdaux, les plus grandes dimensions étant à la base du conducteur, c'est - à - dire à la jonction du conducteur et du substrat diélectrique du circuit. Pour les circuits plus épais en cuivre, la forme trapézoïdale devient plus sévère. Une variation de la taille d'un conducteur entraîne une variation de la densité de courant traversant le conducteur, ce qui entraîne une modification des performances du circuit haute fréquence.

L'impact de ce changement sur les performances du circuit est différent en raison de la conception différente du circuit et de la technologie de la ligne de transmission. Les propriétés électriques d'un circuit de ligne de transmission microruban standard ne varient guère en raison de l'effet trapézoïdal du conducteur, mais les circuits ayant des propriétés de couplage de bord peuvent avoir un impact important en raison du conducteur trapézoïdal, en particulier dans les couches de cuivre plus épaisses. L'effet devient plus évident.

Pour les circuits à couplage de bord ayant des propriétés de couplage serrées, la modélisation informatique basée sur un conducteur rectangulaire idéal montre une densité de courant plus élevée sur les parois latérales du conducteur de couplage. Cependant, si vous changez le modèle de conducteur en un conducteur trapézoïdal, vous verrez une plus grande densité de courant apparaître à la base du conducteur et la densité de courant augmentera à mesure que l'épaisseur du conducteur augmentera.

Comme la densité de courant varie, l'intensité du champ électrique du conducteur trapézoïdal varie également en conséquence. Pour les conducteurs de couplage à bords rectangulaires, la densité de courant le long des parois latérales de couplage est élevée et la majeure partie du champ électrique autour des conducteurs est dans l'air entre les conducteurs. Avec des conducteurs de couplage de bord de forme trapézoïdale, la densité de courant sur les parois latérales est faible et le champ électrique occupé par l'air entre les conducteurs de couplage est faible. Le DK de l'air est 1. Un circuit de couplage de bord avec des conducteurs rectangulaires dans l'air, avec plus de champ électrique entre les conducteurs, conduira à un DK moins efficace qu'un circuit avec des conducteurs trapézoïdaux, qui ont plus de conducteurs environnants et de matériaux diélectriques. Le champ électrique.

En raison du processus de fabrication standard de PCB, l'épaisseur de cuivre plaqué sur un PCB peut varier au sein d'une seule carte, et les performances du circuit de ces variations d'épaisseur de cuivre peuvent également varier en fonction de la topologie et de la fréquence du circuit. Aux fréquences millimétriques, la taille / longueur d'onde du circuit est faible et l'impact des variations d'épaisseur est important. Par conséquent, lors de la simulation des performances d'un matériau de circuit donné à l'aide d'un logiciel de simulation de circuit, il est nécessaire non seulement de contrôler rigoureusement les performances DK, mais également d'analyser et de prendre en compte à l'avance les changements et les effets apportés par ces techniques de traitement.