Technologie PCB - Méthode d'essai pour trouver la constante diélectrique du matériau adaptée aux ondes millimétriques

Méthode d'essai pour trouver la constante diélectrique du matériau adaptée aux ondes millimétriques

Les fréquences millimétriques (MM - wave) faisaient autrefois partie du spectre réservé à la recherche et au développement (RD). Cependant, les ondes millimétriques sont maintenant largement utilisées. Avec l'expansion des systèmes avancés d'aide à la conduite (Adas) et de leurs systèmes de sécurité radar à ondes millimétriques, ainsi que de la technologie de communication cellulaire de cinquième génération (5G), vers des fréquences plus élevées, les fréquences à ondes millimétriques seront utilisées par des milliards de personnes dans le monde. Cela signifie que la demande pour les matériaux de PCB qui prennent en charge les fréquences de 28 GHz ou plus continuera également de croître. Pour caractériser un tel matériau de carte haute fréquence, la fréquence est par example de l'ordre de 80 GHz et il est nécessaire de mesurer la permittivité diélectrique (DK) ou relative du matériau à la fréquence des ondes millimétriques. Cependant, il n'existe pas encore de normes industrielles claires pour une gamme de fréquences aussi élevée.

La constante diélectrique est un problème majeur pour la plupart des matériaux de carte car elle affecte la taille du circuit à la fréquence de fonctionnement. Comme la longueur d'onde diminue avec l'augmentation de la fréquence, en particulier aux fréquences millimétriques, la taille du circuit devient très faible, il est important de connaître précisément le DK du matériau du circuit. Essentiellement, la DK ou permittivité diélectrique relative d'un matériau peut être définie comme le rapport entre la quantité de charges stockées lorsque le matériau est entre deux plaques métalliques et la quantité d'électricité stockée lorsque les plaques métalliques sont sous vide ou à l'air. DK pour le degré de vide est "1" et DK pour tout autre matériau est supérieur au degré de vide.

DK connaissances de base

Les méthodes de mesure utilisées par la plupart des fournisseurs de matériaux de carte sont des méthodes standard reconnues de l'industrie et sont mesurées à des fréquences d'essai spécifiques, telles que 10 GHz ou moins. Il existe également des méthodes de mesure du DK du matériau de la carte à la fréquence des ondes millimétriques, mais celles - ci ne sont pas aussi connues que les méthodes de test utilisées à basse fréquence.

Quelle est la difficulté de mesurer précisément DK à la fréquence des ondes millimétriques? Pour mesurer la valeur DK d'un matériau, il est possible de le tester sur la matière première testée (mut) ou de transformer la matière première en une forme de circuit de référence et de le tester sur le circuit. Qu'il s'agisse de radiofréquences, de micro - ondes ou de fréquences millimétriques, les propriétés DK des matériaux de la carte sont généralement anisotropes. Ainsi, lorsqu'une méthode d'essai est utilisée pour déterminer la valeur DK d'un matériau, il est également nécessaire de déterminer la valeur DK de l'axe Z (Direction de l'épaisseur) ou du plan X - y (longueur et largeur du matériau) du matériau testé. Ces valeurs sont généralement différentes pour différentes directions de matériaux et sont généralement fonction de la fréquence. Ainsi, pour un ingénieur en conception de circuits à ondes millimétriques, on ne peut pas supposer que la valeur de DK à 10 GHz sur l'axe Z est égale à la valeur de DK à 60 GHz sur le plan XY pour le même matériau. La mesure précise du DK des matériaux de circuit aux fréquences d'ondes millimétriques est importante pour de nombreuses applications à venir d'ondes millimétriques et leurs ingénieurs de conception de circuit.

Critères de sélection des candidats

Il existe de nombreuses façons de déterminer la valeur DK d'un matériau à une fréquence d'onde millimétrique. Cependant, aucune méthode n'est acceptée par les organismes de normalisation technique tels que l'IEEE ou l'IPC en tant que technique de test standard de l'industrie. Cependant, certaines méthodes de test DK offrent une très bonne précision et répétabilité de mesure, ce qui en fait un candidat idéal pour la norme de mesure DK à ondes millimétriques.

La méthode de longueur de phase différentielle microbande est l'une des techniques de mesure millimétrique DK et peut être utilisée comme norme potentielle. C'est une méthode de test basée sur un circuit. Dans ce procédé, plusieurs circuits de ligne de transmission microruban de 50 ohms de longueurs différentes sont réalisés sur un matériau d'essai. De cette façon, en mesurant la différence d'angle de phase des deux circuits, il est possible d'obtenir la caractéristique DK du matériau testé. Étant donné que le DK du matériau testé peut varier, les deux circuits microruban doivent être aussi proches que possible pour déterminer le DK du matériau afin de minimiser l'impact des variations du DK du matériau. Vous pouvez utiliser un analyseur de réseau vectoriel (vna) de haute précision avec une couverture de fréquence allant jusqu'à 110 GHz pour tester les paramètres s et les mesures de phase de deux circuits microruban de longueur différente sur mut.

Une autre méthode de détermination de la valeur DK du matériau de la carte à la fréquence millimétrique est la méthode à résonateur en anneau, dans laquelle le résonateur en anneau est un circuit de test réalisé sur mut. Les dimensions et les paramètres de conception de ces circuits résonnants peuvent refléter avec précision et en détail la fréquence de résonance. Lorsque le résonateur en anneau est traité avec précision sur le MUT, des informations telles que la permittivité diélectrique du matériau peuvent être déduites avec précision en mesurant la fréquence de résonance. En mesurant les réponses du résonateur en anneau à couplage d'entrefer à la fréquence millimétrique à l'aide d'un vna et en comparant ces réponses aux résultats numériques fournis par un logiciel de calcul de champ électromagnétique commercial, il est possible d'extraire les valeurs DK du mut en fonction des dimensions et des conditions du circuit entrant dans le logiciel.

Bien entendu, dans des applications pratiques, notamment pour les dimensions des circuits millimétriques, les dimensions et tolérances des circuits peuvent entraîner une modification de la fréquence de résonance mesurée et donc une erreur sur la valeur de DK du matériau mesuré. Les variations de la largeur du conducteur et de l'épaisseur de la carte (mut) affectent également la fréquence du résonateur en anneau. De plus, l'épaisseur de la Feuille de cuivre sur le circuit résonateur annulaire peut varier sur toute la carte. La variation de l'épaisseur du cuivre du circuit affectera le couplage et la fréquence de résonance du résonateur en anneau à couplage d'entrefer. Il est donc nécessaire de minimiser les variations d'épaisseur de cuivre du circuit lorsque l'on applique la méthode de test du résonateur en anneau pour déterminer DK du matériau de la carte à la fréquence millimétrique. La clé

Les méthodes ci - dessus sont deux méthodes classiques pour de nombreuses techniques de test de valeur DK de matériaux de carte de circuit imprimé matures et peuvent être utilisées comme méthode standard de l'industrie pour la mesure et les matériaux de carte de circuit imprimé à des fréquences d'ondes millimétriques. Les deux sont des méthodes de test basées sur des circuits, et d'autres méthodes de test basées sur des matières premières peuvent également être utilisées.

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