Fabricant et Assemblage des cartes électroniques ultra-précis, PCB haute-fréquence, PCB haute-vitesse, et PCB standard ou PCB multi-couches.
On fournit un service PCB&PCBA personnalisé et très fiable pour tout vos projets.
Analyse de l'impact de la profondeur de la peau sur différentes structures RF PCB
La profondeur de chimiotaxie est généralement utilisée pour décrire le comportement du courant circulant à travers les conducteurs de circuits, en particulier les circuits PCB aux fréquences RF / micro - ondes. Lorsque le courant continu (DC) traverse un conducteur de circuit PCB, la densité de courant dans le conducteur est répartie uniformément. Cependant, lorsque des courants sinusoïdaux à haute fréquence circulent à travers le conducteur PCB, la distribution de densité de courant à l'intérieur du conducteur changera. La densité de courant interne deviendra de plus en plus faible par rapport à la surface du conducteur. La profondeur de la peau de tous les conducteurs indique la profondeur à laquelle la densité de courant à la surface du conducteur tombe à 1 / E. la profondeur de la peau est un paramètre important de la carte à prendre en compte lors de la conception de lignes de transmission haute fréquence ou de circuits RF, et un facteur à prendre en compte lors de la modélisation de circuits dans la bande RF / micro - ondes par tous les logiciels de modélisation de simulation de circuits.
L'expression mathématique de la profondeur de la chimiotaxie est: ° = (1 / πfµπ) 0,5
Où F est la fréquence, ¼ la Perméabilité magnétique et π la conductivité électrique. En regardant cette formule, nous pouvons voir que la profondeur de la peau du conducteur est inversement proportionnelle à la fréquence. Donc, la profondeur de la peau dans la carte haute fréquence est en fait une très petite épaisseur.
Densité de courant
Dans le cas du courant continu continu, 100% des conducteurs sont utilisés pour transporter le courant. Tous les conducteurs connectés au courant continu ont une densité de courant uniformément répartie sur leur section transversale. Cependant, pour un courant variant à une fréquence sinusoïdale, la distribution de la densité de courant à l'intérieur du conducteur est différente, la surface extérieure du conducteur ayant une densité de courant supérieure à celle des Parties interne et intermédiaire du conducteur. Comme le montre l'expression mathématique de la profondeur de la peau: à mesure que la fréquence augmente, la densité de courant sur la surface extérieure du conducteur augmentera. À très haute fréquence, la densité de courant à l'intérieur du conducteur est très faible, voire nulle. La majeure partie de la densité de courant est concentrée sur la surface extérieure du conducteur. En effet, plus la fréquence est élevée, moins la profondeur de la peau du conducteur est importante.
Alors, quelle est la profondeur réelle de la peau des conducteurs communs? Prenons le cuivre comme exemple. L'approximation de l'îlot ¼ est égale à environ 1 et π à environ 5,8 * 107 S / M. la profondeur de la chimiotaxie diminuera avec l'augmentation de la fréquence. La profondeur cosmétique du cuivre est de 2,95 μm (0116 mil) à 500 MHz, 2,09 μm (0082 mil) à 1 GHz, 0,66 μm (0026 mil) à 10 GHz, 0,30 μm (0012 mil) à 50 GHz et 0,23 μm (0009 mil) à 80 GHz. Il est clair que la majeure partie de la densité de courant à la fréquence millimétrique est située près de la surface du conducteur en cuivre.
Alors, quand le cuivre sur un circuit sera - t - il trop mince pour être un bon conducteur? La taille de la géométrie du circuit étant fonction de la longueur d'onde, elle diminue avec l'augmentation de la fréquence. Pour les circuits RF / micro - ondes haute fréquence, en particulier les fréquences millimétriques, un contrôle strict de la gravure du fil de cuivre PCB est nécessaire. Certaines applications nécessitent des matériaux de carte de circuit très minces et des feuilles de cuivre, car des feuilles de cuivre plus minces permettent un meilleur contrôle de la gravure des caractéristiques des circuits PCB, telles que les lignes à ruban et les lignes de transmission microruban. Une feuille de cuivre d'un quart d'once (0,25 oz) est du cuivre très mince, d'une épaisseur standard de 8,89 microns (0,35 mil). Par rapport aux autres épaisseurs, ce conducteur en cuivre mince offre une profondeur suffisante pour les fréquences bien inférieures à 500 MHz et bien supérieures à 500 MHz.
Étant donné que la surface du conducteur a une densité de courant plus élevée à des fréquences plus élevées, le facteur qui peut affecter la profondeur de la chimiotaxie du conducteur dans le PCB est la rugosité de surface de la Feuille de cuivre à l'interface substrat - conducteur. Parce qu'à des fréquences plus élevées, la densité de courant augmente vers la surface extérieure du conducteur, une surface plus rugueuse du conducteur en cuivre, en particulier la rugosité de la Feuille de cuivre à l'interface du conducteur du substrat, augmentera les pertes du circuit conducteur.
En plus d'augmenter les pertes de conducteurs, la surface rugueuse d'un conducteur en feuille de cuivre réduit la réponse de phase et la vitesse de phase du circuit, ce qui donne au circuit l'impression de fonctionner comme s'il s'agissait d'un substrat à constante diélectrique (DK) plus élevée. Ainsi, pour un matériau de substrat de même constante diélectrique, le DK effectif d'un circuit à surface conductrice en feuille de cuivre lisse est inférieur à celui d'un circuit à surface conductrice en feuille de cuivre rugueuse. La fréquence à laquelle la rugosité de surface du conducteur de cuivre doit être prise en compte est liée à la profondeur de la chimiotaxie du conducteur. Lorsque la profondeur de la peau est égale ou plus fine que la rugosité de la surface du conducteur, la rugosité de la surface du conducteur aura un impact sur les performances du circuit RF / micro - ondes. Par example, la rugosité de surface du cuivre électrolytique (ed), typiquement de l'ordre de 2 µm RMS, affecte les performances radiofréquences du circuit à une fréquence de l'ordre de 1 GHz. La rugosité de surface du cuivre laminé est plus lisse, de l'ordre de 0,35 µmrms, et n'affecte pas les performances du circuit RF / micro - ondes lorsqu'elle est inférieure à 40 GHz.
Analyse approfondie
Lors de la conception et de la modélisation de circuits haute fréquence, la profondeur réelle de la chimiotaxie est généralement plusieurs fois supérieure à celle calculée théoriquement (jusqu'à 5 fois la valeur de d) pour permettre des simulations significatives. Selon la formule de calcul de D, la profondeur de la chimiotaxie est liée à la conductivité électrique du conducteur. Cependant, nous devons tenir compte non seulement de la conductivité du cuivre, mais aussi de la conductivité de tout traitement de surface qui protège le fil de cuivre du PCB. La plupart des traitements de surface de PCB ont une conductivité inférieure à celle du cuivre, ce qui entraîne une diminution de la conductivité du composite et une augmentation de la profondeur de la chimiotaxie. Par exemple, pour un traitement de surface nickelé par immersion d'or (enig), la conductivité est un complexe de conducteurs de nickel, d'or et de cuivre. Aux fréquences inférieures, la densité de courant est répartie sur les trois conducteurs métalliques. Mais à des fréquences plus élevées, la chimiotaxie diminue en profondeur et seuls le nickel et l'or jouent le rôle de conducteurs. À très haute fréquence, seul l'or est conducteur.
Pour la méthode de traitement de surface enig, le nickel étant magnétique, sa valeur ¼ augmente par rapport au cuivre (valeur ¼ supérieure à 1), ce qui entraîne une diminution de la profondeur de la chimiotaxie pendant le traitement de surface enig. L'utilisation d'un tel traitement de surface entraînera l'influence de deux facteurs. La Perméabilité magnétique du nickel réduit la profondeur de la peau, tandis que sa conductivité électrique inférieure augmente l'épaisseur de la peau. En revanche, l'argent trempé est également utilisé comme traitement de surface final pour les fils de cuivre sur les PCB. L'argent est plus conducteur que le cuivre et n'a pas de propriétés magnétiques. Ainsi, lors de l'utilisation d'une surface imprégnée d'argent, la profondeur de chimiotaxie du conducteur de cuivre sera légèrement réduite. Cependant, on utilise généralement des surfaces en argent immergé très minces, de sorte que l'effet d'un tel traitement de surface peut ne pas être perceptible, sauf à des fréquences d'ondes millimétriques plus élevées, telles que 100 GHz et des fréquences d'ondes millimétriques plus élevées.
La profondeur de la peau est une propriété du circuit à prendre en compte, en particulier à des fréquences d'ondes millimétriques plus élevées. Alors que le traitement de surface final affecte également les performances du PCB, le poids / épaisseur et le type de conducteur en cuivre affectent les performances du circuit RF / micro - ondes, ainsi que la qualité du matériau diélectrique et la qualité du substrat. Les feuilles de cuivre lisses et minces, telles que le cuivre laminé, peuvent fournir la profondeur de chimiotaxie et les faibles pertes de conducteurs requises pour de bonnes performances à haute fréquence, réduisant ainsi les pertes globales du circuit PCB.
