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Analyse de l'impact de l'usinage de la carte sur les performances du circuit
Même la planification la plus détaillée et la plus approfondie peut parfois être erronée, car dans la conception d'une carte à haute fréquence, ses performances sont affectées par les variations des tolérances normales pendant le 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.
Généralement, il y a une certaine variation dans l'épaisseur du cuivre galvanisé d'une carte de circuit imprimé (PCB). 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 faible surface du matériau du circuit, Cela affecte la cohérence d'un même circuit sur plusieurs cartes PCB différentes. Les Vias métallisés (PTH) permettent généralement des connexions conductrices entre un côté et l'autre d'une carte PCB dans le sens de l'épaisseur du matériau diélectrique (axe Z), ou entre des couches conductrices dans un circuit multicouche. 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 galvanisé sur la Feuille de cuivre du matériau PCB pour réaliser la connexion électrique des vias. Ceci augmente en effet l'épaisseur de la Feuille de cuivre de l'empilement 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, une épaisseur inégale de la Feuille de cuivre entre les différentes plaques peut également réduire la répétabilité d'un 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, un circuit comprenant une ligne de transmission gcpw (Ground coplanar Wave Guide) et un circuit de ligne de transmission microruban avec des propriétés de couplage de bord entraînera une variation importante de ses propriétés RF en raison d'une variation excessive de l'épaisseur du revêtement de cuivre. 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.
Les variations de l'épaisseur du revêtement de cuivre à effet trapézoïdal peuvent également affecter la morphologie 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 du conducteur entraînera une variation de la densité de courant traversant le conducteur et donc une variation 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. 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 conducteur trapézoïdal, vous verrez qu'une plus grande densité de courant apparaît à la base du conducteur et que la densité de courant augmente à mesure que l'épaisseur du conducteur augmente. À mesure que la densité de courant change, 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 des processus de fabrication de circuits standard, l'épaisseur du revêtement de cuivre sur une carte 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.
