Technologie PCB - Conception de carte PCB pour Smart Wear PCB

En raison de son petit volume et de sa petite taille, il existe peu de normes prêtes à l'emploi pour les cartes de circuits imprimés pour le marché en pleine croissance de l'IOT intelligent Wear. 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. Ce sont: matériau de surface de la carte PCB, conception RF / micro - ondes et lignes de transmission RF.

Les PCB sont généralement constitués 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. Les wearables intelligents nécessitent une grande fiabilité, ce qui devient problématique lorsque les enseignants sont confrontés au choix d'utiliser le fr4, le matériau le plus rentable pour la fabrication de PCB, ou un matériau plus avancé et plus coûteux. Si une application de PCB portable intelligente nécessite des matériaux haute vitesse et haute fréquence, le fr4 n’est peut - être pas le meilleur choix. La constante diélectrique (DK) du fr4 est de 4,5, les matériaux les plus avancés de la série Rogers 4003 ont un coefficient diélectrique de 3,55 et la série Brother Rogers 4350 a un coefficient diélectrique de 3,66. Le diagramme d'empilement de la carte multicouche montre l'épaisseur du matériau fr4 et du Rogers 43500, ainsi que la couche de coeur. 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, il est préférable d'avoir des pertes plus faibles et, par conséquent, un coefficient diélectrique de 3. Le Roger 4350 de 66 est plus 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 dispositifs intelligents varie de 4 à 8 couches. Le principe de la structure de la couche est que, s'il s'agit d'un PCB à 8 couches, il devrait être en mesure de fournir suffisamment de couches de mise à la terre et d'alimentation et de serrer la couche de câblage au milieu. De cette façon, l'effet d'ondulation en diaphonie peut être minimisé et les perturbations électromagnétiques 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, les pertes d'insertion seront significativement différentes. La perte d'insertion est définie comme la perte de puissance d'un signal d'un point a à un point B lorsque fr4, Rogers ou d'autres matériaux sont utilisés.

Problèmes de fabrication les PCB portables intelligents nécessitent un contrôle d'impédance plus strict. C'est un facteur important dans les dispositifs intelligents. L'adaptation d'impédance peut produire une transmission de signal plus propre. Auparavant, la tolérance standard pour les trajectoires de transport de signaux 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 affecteront sérieusement la fabrication de ces PCB portables intelligents avec un contrôle d'impédance particulièrement strict, limitant ainsi le nombre de marchands qui peuvent 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 le plus 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 sont en matériau Rogers et d'autres en fr4. La fréquence est la première considération lors du choix d'une pile Rogers. Lorsque les fréquences dépassent 500 MHz, les concepteurs de circuits imprimés ont tendance à choisir des matériaux Rogers, en particulier pour les circuits RF / micro - ondes, car ces matériaux peuvent offrir des performances supérieures lorsque les traces ci - dessus sont strictement contrôlées par l'impédance. 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 les opérations 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 à des fréquences plus élevées et à des cycles de température plus élevés lorsque la carte PCB subit des cycles de reflux froids, chauds et très chauds 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. Les empilements Rogers ne nécessitent pas de processus de préparation de pores spéciaux. Les fr4 ordinaires n'atteignent pas des performances électriques très fiables, mais les matériaux fr4 haute performance ont de bonnes caractéristiques de fiabilité, telles que des TG plus élevées, restent relativement peu coûteux et peuvent être utilisés dans un large éventail d'applications allant de la conception audio simple à des applications micro - ondes complexes.