PCB haute fréquence

FS Technology dispose de solides capacités de fabrication de circuits imprimés. Quels que soient les besoins de votre projet, nous ferons de notre mieux pour le mener à bien. Cet article vous présente un circuit imprimé présentant les avantages d'une haute efficacité, d'une vitesse rapide, d'une grande contrôlabilité et d'une forte tolérance - le circuit imprimé haute fréquence.

Catalogue des types de PCB

Définition du PCB haute fréquence

Une carte de circuit imprimé haute fréquence est un type de carte de circuit imprimé qui est divisé par fonction. Si la fréquence d'un circuit imprimé est supérieure à 1GHz, alors il sera défini comme un circuit imprimé haute fréquence, indépendamment du matériau et de la dureté. Elle est généralement utilisée lorsqu'une transmission est requise entre deux points avec une perte minimale du signal, notamment des ondes électromagnétiques. Elle est généralement fabriquée dans des matériaux spéciaux. Ces circuits imprimés sont capables de transmettre un signal à une vitesse plus élevée, leur fréquence pouvant aller jusqu'à 100GHz. 

Lorsque la fréquence est faible, les caractéristiques du signal restent dans les limites de la caractérisation des données et le PCBA remplit toutes ses fonctions prévues. Au contraire, une fréquence plus élevée affecte grandement les opérations du PCBA. Cependant, lorsque nous augmentons la vitesse du système, la fréquence plus élevée aura un impact sur les propriétés du circuit. Par exemple, pendant la signalisation des E/S, cela peut avoir un impact négatif sur la transmission des données de l'émetteur au récepteur. 

Il est essentiel de se rappeler que de nombreux matériaux sont conçus pour fonctionner à des fréquences élevées. Les circuits imprimés haute fréquence comportent des stratifiés spéciaux haute fréquence et sont très difficiles à fabriquer car ils impliquent la transmission de signaux sensibles tout en maintenant une chaleur thermique favorable à la transmission de ces signaux.

Sélection des matériaux pour les PCB haute fréquence

Les circuits imprimés haute fréquence nécessitent des matériaux spéciaux pour leur fabrication, notamment des stratifiés, pour émettre un signal haute fréquence. Lors du traitement des cartes de circuits imprimés haute fréquence, de nombreux ingénieurs finiront par obtenir des performances insatisfaisantes du produit fini en raison de la sélection de matériaux incorrects pour les cartes de circuits imprimés haute fréquence. Pour cette raison, FS Technology recommande de prêter attention aux points suivants lors du choix des matériaux. Répond-il aux besoins de la conception du projet ? Ce circuit imprimé haute fréquence peut-il être produit en série ? Avez-vous calculé le seuil de rentabilité du projet ?

Indicateurs importants des PCB à haute fréquence : DK et DF

DK et DF sont des indicateurs importants pour mesurer les PCB haute fréquence. Pour la sélection des matériaux de substrat de circuit imprimé dans le cadre de circuits haute fréquence, la variation de la valeur DK est utilisée comme premier facteur de référence. Pour les projets qui se concentrent sur la transmission du signal ou le contrôle de l'impédance caractéristique, la performance de la valeur DF dans des conditions telles que la fréquence, la température et l'humidité doit être prise en compte.

La tendance à l'évolution des valeurs DK et DF des matériaux de substrat courants est évidente, en particulier lorsque la fréquence est comprise entre 1MHz et 1GHz. Un modèle courant de FR-4 a une valeur DK de 4,7 à 1MHz et une valeur DK de 4,19 à 1GHz. Lorsque la fréquence GHz est supérieure à 1, ses changements DK commencent à se stabiliser. À ce moment, le changement de tendance du DK est négativement corrélé à l'augmentation de la fréquence, c'est-à-dire que la fréquence augmente, et la tendance du changement du DK ralentit.

À 10 GHz, la valeur DK du substrat présentant des caractéristiques haute fréquence fluctue peu sous l'influence des changements de fréquence. La valeur DK a une valeur flottante de +/- 0,02 à des fréquences variables de 1MHz à 1GHz. La tendance de changement de sa valeur DK dans différentes conditions de fréquence, de faible à élevée, est à la baisse.

Pour les substrats généraux, sous l'influence des changements de fréquence, la courbe de changement de la valeur DF est plus grande que la valeur DK. La règle de changement de DF est qu'elle tend à augmenter. Par conséquent, lorsque FS Technology évalue les caractéristiques haute fréquence des matériaux, elle le fait en fonction de la variation de sa valeur DF. Les PCB haute fréquence de haute qualité présentent les deux caractéristiques suivantes. 1. La variation de la fréquence a peu d'effet sur la variation de la valeur DF. 2. Ses changements sont cohérents avec les matériaux ordinaires, mais sa propre base DF est faible.

Principe de sélection des matériaux à haute fréquence

Le FR-4 couramment utilisé présente des pertes diélectriques élevées à différentes fréquences GHz, ce qui peut le rendre inadapté à vos projets haute fréquence. Par conséquent, la question des matériaux est particulièrement importante lors de la conception de cartes de circuits imprimés haute fréquence.

À titre d'exemple simple, l'onde carrée du signal numérique à haut débit de 10Gb/S peut être considérée comme la superposition de signaux sinusoïdaux de différentes fréquences. Cette onde carrée comprend un signal fondamental de 5Ghz, des signaux de 3e ordre 15GHz, de 5e ordre 25GHz et de 7e ordre 35GHz. L'intégrité du signal numérique et la raideur des bords supérieurs et inférieurs sont aussi importantes pour les circuits haute fréquence que pour la transmission à faible perte et distorsion des micro-ondes RF. Par conséquent, FS Technology estime que les exigences relatives à la sélection des matériaux pour les circuits numériques haute fréquence et les circuits micro-ondes RF sont similaires.

Dans les projets d'ingénierie réels, la sélection d'une carte haute fréquence semble simple, mais en tant que chef de projet, vous devez comprendre les caractéristiques des différentes cartes et concevoir une carte haute fréquence fiable grâce à un empilement raisonnable. C'est pourquoi FS Technology a établi les principales considérations suivantes pour la sélection des cartes haute fréquence :

Fabriquabilité : telles que les propriétés de stratification, les propriétés de température, PCB CAF résistance, résistance à la chaleur, résistance au feu, etc.

Correspondance des performances des produits Il s'agit notamment de la faible perte, de la stabilité des performances DK/DF, de l'épaisseur du matériau, etc. En outre, pour les circuits imprimés à haute fréquence, il est nécessaire de procéder à des tests de simulation de circuits imprimés dès le début de la conception. FS Technology dispose d'une vérification en boucle fermée grâce à un grand nombre de simulations et de tests réels pour garantir la cohérence des résultats de simulation et des tests.

Temps d'acquisition du matériel : La difficulté de fabrication du PCB haute fréquence ne se reflète pas seulement dans son processus technologique, mais aussi dans l'approvisionnement en matériaux. Pour un fabricant de PCBA général, l'achat peut prendre 2 à 3 mois, ce qui est très défavorable pour votre projet. Si votre projet nécessite ce type de carte, FS Technology vous recommande notre service PCBA haute fréquence clé en main, qui sera à la hauteur de vos attentes, de l'approvisionnement à la livraison.

Facteur de coût. Le coût de l'industrie du PCBA est relativement transparent. Si vous êtes un client sensible aux prix, vous pouvez évaluer le coût approximatif de votre projet haute fréquence en lisant le tableau ci-dessous. Facteurs de coût de l'assemblage des PCB.

Introduction de plusieurs matériaux pour PCB haute fréquence

Rogers :

Il s'agit d'une entreprise américaine de matériel pour circuits imprimés, qui peut fournir une variété de cartes à haute fréquence avec de grands avantages. Dans le Fabrication de PCB Dans l'industrie, il est souvent utilisé pour comparer avec le FR-4, et même si le prix du PCB Rogers est plus élevé, il reste le premier choix pour de nombreux projets. Vous trouverez ci-dessous la gamme Rogers qui peut être utilisée pour fabriquer des PCB haute fréquence.

RO4003C, RO4350B, RO4360, RO4533, RO4535, RO4232, RO4233, RO3001, RO3003, RO3006, RO3010, RO3035, RO3203, RO3206, RO3210, RO3730, RO5780, RO6002, RO3202, RO6006.

Rogers R03001 : Il a une faible constante diélectrique et une faible tangente de perte, avec une excellente résistance chimique et à haute température.

Taconique :

TACONIC est le plus grand producteur mondial de CCL en PTFE. Elle possède le brevet de l'enduction uniforme de PTFE sur du tissu de verre, et occupe une position dominante absolue sur le marché des feuilles d'antenne, avec une part de marché de plus de 80%. Les familles de matériaux suivantes sont exceptionnellement performantes à haute fréquence.

TLY-5A, TLY-5, TLY-3, HT1.5, TLX-0, TLX-9, TLX-8, TLX-6, TLC-27, TLC-30, TPG-30, TLG-30, RF-30, TSM-30, TLC-32, TPG-32, TLG-32, TLG-34, TPG-35, TLG-35, RF-35, RF-35A, RF-41, RF-43, RF-60A, CER-10.

Céramique Taconic RF-35 : Ce matériau est moins cher et se compose généralement de PTFE rempli de céramique et de verre tissé. La fabrication est un peu plus facile et il fournit de bonnes propriétés électriques au PCB avec une dissipation moindre. 

Taconic TLX : C'est un matériau stable dimensionnellement, composé de fibre de verre PTFE. Le TLX offre d'excellentes propriétés thermiques, mécaniques et électriques, mais il est relativement difficile à fabriquer. 

FR4

Matériau très courant pour les stratifiés de circuits imprimés, lorsque le signal dépasse la fréquence de 1,6 GHz, il présente des performances électriques relativement faibles. 

ISOLA IS620 Fibre de verre E

Ce matériau est généralement utilisé pour offrir des performances électriques et thermiques exceptionnelles. 

Caractéristiques et avantages des circuits imprimés haute fréquence

Le choix du PCB doit être analysé en fonction de ses caractéristiques et de ses avantages. Nous allons effectuer ci-dessous une analyse complète des caractéristiques et des avantages des PCB haute fréquence.

Facteur de dissipation : Les cartes haute fréquence ont généralement un faible facteur de dissipation, compris entre 0,0019 et 0,025, ce qui signifie que le taux de transmission du signal reste inchangé. Un faible facteur de dissipation permet également une meilleure transmission du signal. Un facteur de dissipation faible permet de réduire la perte de signal. 

Constante diélectrique : les cartes de circuits imprimés HF ont généralement une constante diélectrique faible et stable. Cela garantit une transmission de la fréquence à un taux plus élevé avec un retard moindre. 

Résistance chimique : Les circuits imprimés haute fréquence sont résistants aux produits chimiques. Lorsqu'elles sont soumises à une attaque chimique, ces cartes peuvent y résister. Grâce à cet attribut, ces circuits imprimés sont moins susceptibles de se corroder. 

Faible absorption d'humidité : En général, les PCB HF absorbent une quantité moindre d'eau. Comme ils n'absorbent pas l'humidité, ils peuvent survivre dans un climat humide. 

Faible stabilité dimensionnelle : La stabilité dimensionnelle des circuits imprimés à fréquence est faible. Avec cette propriété, ces type de PCB conservent leurs dimensions même s'ils sont exposés à la chaleur. 

Techniques de gestion thermique pour les circuits imprimés à haute fréquence

Comme les PCB haute fréquence fonctionnent en transférant des signaux à un rythme plus élevé, la plupart des PCB HF sont confrontés à la gestion de la chaleur, ce qui entraîne une augmentation de la température des PCB, qui peut parfois être fatale pour les PCB. Si la chaleur produite dans un circuit est dans une certaine limite, elle peut se dissiper d'elle-même, mais si la production de chaleur dépasse et ne peut pas se dissiper d'elle-même, on utilise des dissipateurs thermiques et des ventilateurs de refroidissement ou d'autres techniques de gestion de la chaleur. Voici quelques techniques pour gérer la température des PCB afin d'améliorer la durée de vie des PCB HF. 

Réseaux de via thermiques : L'intégration de réseaux de vias sur les sections remplies de cuivre permet une gestion efficace de la chaleur. Grâce à ces vias, la chaleur peut être dissipée dans l'air. Pour que la chaleur se dissipe correctement, le diamètre du trou d'interconnexion doit être important, de l'ordre de 0,1 mm. Plus il y a de vias, meilleure est la dissipation de la chaleur. 

Utilisation de traces plus larges : Des traces plus larges augmentent la surface de dissipation de la chaleur de manière plus efficace, ce qui contribue également à la réduction des points chauds sur le circuit imprimé. Lorsque vous créez des traces plus larges, veillez à ne pas les rendre excessivement larges, car cela peut entraîner de la diaphonie. 

Utilisation de dissipateurs thermiques et de ventilateurs de refroidissement : Les dissipateurs thermiques et les ventilateurs de refroidissement sont deux méthodes efficaces pour surmonter les problèmes de chaleur dans les PCB. L'application de ces deux méthodes dépend de l'espace disponible sur le circuit imprimé, comme dans le cas des CPU et des MCU, le dissipateur thermique est utilisé, tandis que le ventilateur de refroidissement est employé pour aider l'air chaud à se disperser correctement dans l'environnement. 

Technique de placement : Une bonne pratique consiste à éloigner les éléments produisant de la chaleur des matériaux sensibles à la chaleur afin d'éviter de les endommager. Les points chauds potentiels des PCB peuvent être trouvés à l'aide d'un logiciel d'analyse des PCB. Si les PCB sont montés verticalement, les éléments générateurs de chaleur doivent être situés près du sommet. 

Problèmes liés à la fabrication de PCB haute fréquence

Force de liaison faible : 

Plus les vias sont enterrés, plus la force de liaison entre les feuilles de stratifiés et la résine est faible. Il en résulte finalement une délamination. 

Ce problème peut être résolu en utilisant des feuilles de stratifié et de résine qui ont le même taux de dilatation et de contraction afin de s'assurer qu'elles restent liées les unes aux autres lorsque la température varie. 

Le forage : 

De multiples trous traversants sont nécessaires pour une dissipation efficace de la chaleur sur les cartes multicouches haute fréquence, et c'est la tâche la plus difficile lors de la fabrication des PCB HF. La chaleur produite pendant le perçage entraîne un durcissement de la paroi du trou de passage, ce qui peut finalement entraîner une mauvaise dissipation de la chaleur et des interférences avec le circuit haute fréquence. 

Ce problème peut être atténué en utilisant un couvercle en résine plutôt qu'en aluminium, qui absorbe plus efficacement la chaleur pendant le forage. Elle permet également d'améliorer la qualité du trou en augmentant la pression d'aspiration et de vide. 

Perçage arrière : 

Les trous traversants facilitent la dissipation de la chaleur, mais ils peuvent aussi compromettre l'intégrité des transmissions à haute fréquence. Le tronçon supplémentaire peut fonctionner comme un canal de réflexion, ce qui entraîne une augmentation de la perte d'insertion. 

La seule option pour résoudre ce problème est de percer un trou plus grand sur le côté opposé des composants produisant de la chaleur.

Ceci conclut l'introduction de FS Technology aux cartes de circuits imprimés haute fréquence. FS Technology est au service de l'industrie des PCBA depuis de nombreuses années, avec une expérience professionnelle de la fabrication et de l'assemblage de PCB. Si vous avez des questions PCBA Vous pouvez nous contacter par e-mail à tout moment, et notre vendeur vous répondra dans les plus brefs délais.

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