Maîtriser les circuits imprimés RF et micro-ondes : Un guide complet pour les ingénieurs

Mots-clés : RF PCB

Les circuits imprimés RF deviennent un segment de niche intéressant et en développement rapide dans l'industrie de fabrication de circuits imprimés. Ils sont également remarquablement diversifiés, et il est facile de se perdre pendant des heures à essayer de décider quelle option de réalité augmentée poursuivre. Les ingénieurs sont heureux de discuter des décisions pour chaque phase de fabrication/montage, ainsi que des contraintes, des écueils et des possibilités dans le processus de construction de votre circuit imprimé RF.

Qu'est-ce qu'une Carte de Circuit RF ?

Selon les normes de l'industrie des circuits imprimés, une carte de circuit RF est définie comme tout circuit imprimé haute fréquence fonctionnant au-dessus de 100 MHz.

Pour la classe de radiofréquence où le débit dépasse 2 GHz, nous parlons de circuit imprimé micro-ondes.

Qu'est-ce qu'un Circuit Imprimé Micro-ondes ?

La distinction principale entre les cartes de circuit RF et les circuits imprimés micro-ondes réside dans la fréquence radio à laquelle ils fonctionnent. Les circuits imprimés micro-ondes sont toute carte de circuit RF qui opère au-delà de 2 GHz. Les cartes de circuit RF et les circuits imprimés micro-ondes sont largement utilisés pour les signaux de communication dans tout système nécessitant la réception et la transmission de signaux radio.

Circuit Imprimé Micro-ondes et Circuits Radiofréquence :

Difficultés Typiques et Leurs Remèdes

Par exemple, les cartes de circuit RF et les circuits imprimés micro-ondes sont beaucoup plus difficiles à concevoir que la disposition normale des circuits imprimés. Cela est dû à des problèmes synonymes qui pourraient survenir lors de la réception ou de la transmission des signaux radio. Plusieurs des problèmes les plus significatifs concernent la sensibilité au bruit et des tolérances d'impédance plus strictes.

Les signaux radio et micro-ondes sont beaucoup plus sensibles au bruit que les cartes de circuit ordinaires, et ont en même temps des tolérances d'impédance beaucoup plus rigoureuses. Cependant, ces problèmes peuvent être résolus à l'aide de plans de masse et en présentant un rayon de courbure généreux pour les pistes à impédance contrôlée. Ces solutions aideront finalement le circuit imprimé RF/Micro-ondes à réaliser ses meilleures performances.

Applications des Cartes RF

Les cartes RF ont des perspectives d'application très polyvalentes dans des domaines tels que les technologies sans fil, les communications, les smartphones, les capteurs, la robotique et la sécurité. Les cartes RF sont très demandées actuellement, d'autant plus que de nouvelles innovations émergent aujourd'hui en électronique pour répondre et satisfaire aux besoins des clients.

Sélectionner un fabricant de circuits imprimés RF qualifié est important pour garantir que les cartes sont fabriquées selon des spécifications précises et dans les délais appropriés. En parlant de la réputation de notre entreprise – elle est pratiquement irréprochable. L'entreprise se targue du fait que nous sommes capables de prendre en charge la conception de certains des concepts les plus exigeants actuels.

MATÉRIAUX RF PAR APPLICATION

Nous sommes également en mesure d'assister pour chaque aspect des coûts de la carte, jusqu'aux recommandations de fabrication pour une carte élégante de cinquante couches.

Il n'est nullement facile de fabriquer un circuit imprimé RF, mais il n'y a pas de magie impliquée dans le processus.

À cette fin, voici plusieurs facteurs que les ingénieurs doivent prendre en considération s'ils doivent entreprendre un projet de fabrication RF :

Même si des paramètres comme la constante diélectrique peuvent être considérés comme constants pour la plupart des utilisations hors RF, ils sont beaucoup plus variables dans ces plages de fréquence élevées.

La gestion de la chaleur au sein de la carte est importante en raison des charges thermiques extrêmes qu'un montage de PCB impose à la carte. Pendant l'opération de perçage, la conductivité ou la résistance thermique du matériau est cruciale pour l'orientation couche par couche des empilements multicouches.

Les distances entre les éléments seront également cruciales, car les cartes RF peuvent être très sensibles et interférer avec les éléments voisins.

Déterminer le bon matériau à utiliser en fonction de l'application prévue et du coût est donc important, car la plupart des autres défis découleront de cette décision.

Dans le choix des matériaux pour les circuits imprimés RF, certaines propriétés essentielles doivent toujours être prises en compte.

Sélectionner le bon matériau peut compenser l'ensemble du processus de fabrication de la carte RF, car il s'agit sans doute de la décision la plus importante prise.

La Constante Diélectrique, une Caractérisation Dynamique

La constante diélectrique d'un matériau est définie comme le rapport entre l'énergie stockée dans le matériau placé dans un champ électrique et l'énergie stockée dans le vide pour cette même intensité de champ.

Elle dépend de la direction, par conséquent cette constante diélectrique diffère de l'autre en fonction des axes du matériau.

La première est mesurée à l'aide du Coefficient de Dilatation Thermique.

Le coefficient de dilatation thermique (CTE) est la mesure de la façon dont la taille d'une pièce change pour une variation donnée de température. C'est également une méthode pour quantifier la résistance thermique. Il joue un rôle majeur dans le processus de perçage et d'assemblage lors de la fabrication des circuits imprimés.

Comme dans un empilement multicouche, les matériaux électroniques qui peuvent avoir des CTE différents vont changer de forme de manière différente. Le problème d'alignement devient une préoccupation majeure pendant le processus de perçage lorsque la couche supérieure se dilate plus rapidement que la couche inférieure.

Le PTFE, facilement l'un des matériaux RF de la plus haute qualité utilisés largement, peut se bavocher à la perceuse s'il chauffe et cela ne peut être effacé. Dans la phase d'intégration fonctionnelle où les composants sont soudés, le CTE détermine comment il fera face à la contrainte de dilatation thermique due à la soudure. Un mauvais CTE peut entraîner la rupture de la carte au stade final, ce qui est très coûteux pour l'entreprise.

Pour résoudre ces problèmes, un matériau ayant un CTE plus faible sera plus résistant en matière de perçage et d'assemblage.

Tangente de Pertes

La tangente de pertes, comme la constante diélectrique dynamique, est l'un de ces effets difficiles qui apparaissent en RF mais qui ne sont pas vraiment préjudiciables dans les conceptions à basse fréquence. C'est le résultat de la structure moléculaire du matériau, la texture du vêtement réel.

En conséquence, le signal est dispersé, absorbé et dissipé sous forme de chaleur lorsque la fréquence augmente. Un point plutôt important est que dans un circuit analogique, une perte d'amplitude se produit.

Alors que dans les cartes multicouches complexes, les composants peuvent devenir assez compacts et la chaleur supplémentaire produite pendant le fonctionnement est un facteur à prendre en considération.

Espacement

En ce qui concerne le nettoyage, l'espacement peut être un petit problème dans les applications RF à cause de la diaphonie et de ce qu'on appelle l'effet de peau.

La diaphonie est une situation où la hauteur de la carte commence à interagir, par exemple, les signaux sont couplés ou interfèrent avec des parties voisines et un couplage indésirable se produit. L'effet de peau est une situation dans laquelle la résistance d'une piste commence à augmenter, entraînant des pertes de type résistif, qui génèrent de la chaleur dans un circuit. Il est proportionnel à des facteurs comme la largeur et la longueur de la piste, et le problème s'aggrave à mesure que les fréquences augmentent.

Les distances minimales de sécurité varient de différentes manières. Si vous avez besoin de réponses à toute question d'espacement minimal ou à d'autres directives de conception de circuits imprimés RF, contactez SFC dès aujourd'hui.

Absorption d'Humidité

Un autre facteur à examiner est le contexte dans lequel votre appareil fonctionnera. Si la carte doit se trouver dans un laboratoire avec un environnement à air contrôlé, l'absorption d'humidité de ce matériau peut ne pas vous concerner. Cependant, si la carte doit être installée à l'extérieur, ou dans un climat pluvieux, ou est susceptible d'être exposée à l'eau par intermittence sans planification préalable, alors l'infiltration d'humidité revêt une importance plus grande.

Coût contre Performance

Certains types de matériaux possèdent des caractéristiques remarquables. Leurs constantes diélectriques et coefficients de dilatation thermique proposés ont été spécifiquement conçus pour s'adapter à votre application. Malheureusement, ces matériaux sont généralement coûteux. Il est toutefois difficile de trouver un bon équilibre entre le coût, les performances électriques et les caractéristiques thermiques ; mais cela n'est certainement pas impossible.