Stratifiés Haute Fréquence Expliqués : Avancées Clés dans les Circuits Imprimés RF ou Micro-ondes

Mots-clés : Circuit imprimé RF Micro-ondes

C'est la raison pour laquelle, au cours des dernières années, nous avons dû investir dans les circuits imprimés micro-ondes et RF afin d'élargir nos capacités de fabrication et de devenir un producteur mondial de stratifiés haute fréquence. Les circuits imprimés RF et micro-ondes comportent des éléments qui transmettent des signaux RF ou micro-ondes.

En règle générale, ces applications exigent des stratifiés dont les profils électriques, thermiques, mécaniques ou autres performances dépassent les simples caractéristiques standard du FR-4. Grâce à notre vaste expérience dans la fabrication de stratifiés micro-ondes à base de PTFE, nous savons que la plupart des applications exigent une haute fiabilité ainsi qu'une faible tolérance.

Le circuit imprimé hybride est une catégorie spéciale de circuits imprimés RF et micro-ondes qui utilisent à la fois du FR-4 et du PTFE ou tout autre matériau dans l'empilement.

Stock de Matériaux pour Circuits Imprimés

Face aux différentes caractéristiques de chaque application de circuit imprimé RF, nous avons établi des relations stratégiques avec les principaux fournisseurs de matériaux tels que Rogers, Arlon, Nelco, Taconic et bien d'autres. La plupart des stocks sont spécialisés ; néanmoins, nous disposons d'un stock assez important de produits dans nos entrepôts, notamment des séries Rogers (4003 & 4350), Arlon, etc. Peu d'organisations sont prêtes à le faire car le coût de détention des stocks pour permettre une réponse rapide est généralement très élevé.

Les stratifiés haute fréquence utilisés pour fabriquer des circuits imprimés de haute technologie rendent le processus de conception de ces circuits complexes en raison de la sensibilité des signaux et des problèmes liés au transfert de chaleur dans la plupart des applications. Les matériaux optimaux pour circuits imprimés haute fréquence présentent une faible conductivité thermique par rapport au matériau FR-4 incorporé dans les circuits imprimés conventionnels.

Les signaux RF et micro-ondes sont extrêmement sensibles au bruit et ont des exigences d'impédance plus élevées que les circuits imprimés numériques conventionnels. Les plans de masse et un rayon de courbure généreux sur les pistes à impédance contrôlée doivent être employés pour que la conception fonctionne de manière optimale. Presque tous les assembleurs et fabricants de circuits imprimés proposent actuellement des circuits imprimés standard utilisés dans de nombreux produits électroniques. Mais tous n'ont pas forcément la capacité de préparer des circuits imprimés RF et micro-ondes. L'intérêt croissant pour les dispositifs électroniques et les nouvelles avancées ont contribué aux progrès considérables de ces circuits imprimés.

Puisque la longueur d'onde d'un circuit dépend de sa fréquence et du matériau, les matériaux de circuits imprimés RF micro-ondes avec des valeurs de constante diélectrique (Dk) plus élevées peuvent conduire aux circuits imprimés les plus petits, car des conceptions de circuits miniaturisés pour des impédances spécifiques et certaines plages de fréquence peuvent être utilisées. Dans la plupart des cas, pour obtenir une Dk plus élevée, des stratifiés avec une Dk de 6 ou plus sont utilisés conjointement avec des matériaux FR-4 à moindre coût dans des structures multicouches.

Connaître le CTE, la constante diélectrique, le coefficient thermique, le TCDK, le DF, et même des éléments comme la permittivité relative et la tangente de perte des matériaux de circuits imprimés disponibles aidera le concepteur de circuits imprimés RF à développer une conception qui répond, et peut-être dépasse, les caractéristiques souhaitées.

Avant de prendre des décisions finales sur le type de substrats à utiliser, certains autres facteurs doivent être déterminés, parmi lesquels la largeur de ligne pour une gamme d'épaisseurs de carte, qui peut être laissée pour détermination finale une fois la fréquence de fonctionnement du circuit établie ainsi que les dimensions approximatives des principaux composants.

Les différents types de matériaux pour circuits imprimés RF sont :

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) renforcé de céramique, qui présente une grande stabilité électrique et mécanique. Les matériaux de circuit de la série RO3000 de Rogers ont de bonnes propriétés mécaniques et il n'y a aucun changement de la constante diélectrique (Dk), ce qui signifie qu'une conception de circuit imprimé multicouche utilisant des matériaux à constantes diélectriques différentes ne rencontrerait pas de problèmes de voilage ou de fiabilité. La série de produits RF de Taconic possède un faible facteur de dissipation et une conductivité thermique élevée possible, de sorte qu'elle ne s'oxyde pas, ne jaunit pas ou ne présente pas de dérive à la hausse de la constante diélectrique et du facteur de dissipation comme ses concurrents basés sur des hydrocarbures.

Le matériau de circuit imprimé Megtron 6 – composant à pertes ultra-faibles, hautement résistant à la chaleur et sans halogène. La TG élevée et le taux d'expansion minimum du MEGTRON 6 à base de résine hydrocarbonée en font le matériau de choix pour l'interconnexion haute densité (HDI) et les hautes vitesses (au-dessus de 3 GHz).

Les stratifiés PTFE renforcés de verre tissé sont fabriqués à partir de fibre de verre tissée très légère et sont encore plus stables dimensionnellement que les composites PTFE renforcés de fibres coupées. Le facteur de dissipation ou facteur de perte est justement faible dans de tels matériaux comme la famille de matériaux Taconic TL ; ainsi, il est idéal pour les applications radar conçues pour 77 GHz, et d'autres antennes dans les fréquences d'ondes millimétriques.

Les stratifiés céramique-hydrocarbure sont utilisés dans les conceptions de fréquences micro-ondes et millimétriques car ce matériau à faible perte facilite une utilisation plus aisée dans la fabrication de circuits et offre des propriétés rationalisées par rapport aux autres matériaux PTFE. La série de produits RO4000 de Rogers est disponible dans une large gamme de constantes diélectriques (2,55-6,15) et possède une conductivité thermique moyenne à élevée (0,6-0,8).

Il existe des stratifiés de PTFE chargés de verre ou de céramique tels que les matériaux de circuit haute fréquence Rogers RT/duroid qui possèdent de faibles pertes électriques, une faible absorption d'humidité et un faible dégazage, adaptés à une utilisation spatiale.

Les stratifiés micro-ondes thermodurcissables intègrent un faible TCDR, un coefficient de dilatation thermique adapté au cuivre et une bonne endurance mécanique. Les TMM de Rogers sont des stratifiés haute fréquence, particulièrement adaptés aux circuits à ligne ruban et micro-ruban nécessitant une grande fiabilité.

Équipements de Traitement Spécialisés

La plupart des traitements de circuits imprimés micro-ondes/RF sont similaires à ceux de l'équipement de fabrication standard. Cependant, les solutions de conception de la plus grande complexité présupposent l'utilisation d'équipements spécialisés. Nous avons investi de manière significative afin de posséder en interne : Un équipement de gravure plasma est utilisé afin que la qualité des trous traversants soit élevée et puisse répondre aux exigences de perçage de la technologie avancée. Dans la gravure plasma, les trous traversants et autres surfaces du substrat sont gravés à l'aide de plasmas ou de gaz gravants pour faire place au revêtement ultérieur. Un équipement LDI, par opposition aux outils d'exposition photo plus traditionnels, nous permet d'atteindre des largeurs de pistes beaucoup plus fines et un alignement face/arrière très précis. Un équipement de perçage laser est nécessaire pour nombre de ces matériaux variés, car la coupe mécanique laisserait des bavures, détendrait le tissu ou même provoquerait un changement de couleur dû à la chaleur. Cela nous aide également à garantir que nous fournissons à nos clients des micro-vias de la meilleure qualité dans chaque commande qu'ils nous passent.

Procédures standard d'assemblage de circuits imprimés RF et Micro-ondes

Presque tous les assembleurs et fabricants de circuits imprimés proposent actuellement des circuits imprimés standard déployés dans de nombreux produits électroniques. Mais tous n'ont pas nécessairement la capacité de préparer des circuits imprimés RF et micro-ondes. L'intérêt croissant pour les dispositifs électroniques et les nouvelles avancées ont contribué à des progrès considérables dans ces circuits imprimés. Voici une liste de quelques-unes des considérations importantes qui sont prises en compte lors de la fabrication de ces circuits imprimés.

Le circuit imprimé RF micro-ondes est fabriqué à partir de matériaux de qualité tels que le FR4 haute performance, l'hydrocarbure chargé de céramique, entre autres. Ces matériaux sont populaires car ils sont assez épais et peuvent être facilement pliés en de nombreuses formes. Ils présentent une spécification souhaitable du coefficient de dilatation thermique (CTE). Ces matériaux contribuent à fournir une structure de carte stable dont la fonctionnalité est améliorée dans des conditions extrêmes.

Le matériau utilisé dans les circuits imprimés RF et micro-ondes doit garantir la performance de la carte dans tous les types de conditions adverses.

Les matériaux HT signifient que des nombres élevés de couches sont réalisables, y compris des géométries très fines et des motifs détaillés.

Un équipement laser est également incorporé dans ces cartes pour l'imagerie, en plus d'être utilisé pour l'acquisition de largeurs de traçage étroites.