Conception de circuits imprimés RF

Pour un processus de fabrication de PCB radiofréquence (RF) réussi, vous devez adopter des procédures strictes de conception, de fabrication et d'assemblage.

C'est le seul moyen d'éviter une éventuelle diaphonie, de maintenir l'intégrité du signal, d'éviter une éventuelle défaillance des composants, et bien d'autres.

Le guide d'aujourd'hui capture tous les aspects de base et avancés de la conception et de la fabrication de PCB RF.

Commençons.

Principes de base de la conception de circuits imprimés RF

PCB RF

Qu'est-ce qu'une carte de circuit imprimé radiofréquence ?

Nous pouvons généralement définir les PCB RF comme des cartes de circuits imprimés conçues pour fonctionner sur des fréquences moyennes à extrêmement élevées.

Toute carte de circuit imprimé à haute fréquence qui fonctionne au-dessus de 100 MHz entre donc dans la catégorie des radiofréquence PCB.

Cependant, lorsqu'il s'agit de PCB RF, la plage de fréquences de référence réelle est généralement de 300 MHz et plus.

Les PCB RF fonctionnant au-dessus de 2 GHz sont connus sous le nom de PCB micro-ondes.

Conception de circuits imprimés pour les applications RF

Il existe plusieurs applications qui dépendent de la conception des PCB RF.

Vous pouvez attribuer cela aux capacités uniques des PCB RF. Voici quelques-unes de ces applications.

je. Systèmes de sécurité

Les circuits imprimés à radiofréquence sont largement utilisés dans les systèmes et dispositifs de sécurité.

Système de sécurité RF

Ces dispositifs dépendent généralement des PCB RF pour un fonctionnement efficace et une endurance aux conditions thermiques et environnementales fluctuantes.

Cela permet de garantir que la sécurité n'est pas compromise, quelles que soient les conditions environnementales ou thermiques.

Des appareils tels que des scanners corporels, des scanners à rétrodiffusion et des détecteurs de métaux utilisent des PCB RF.

ii.Industrie de la communication

Les cartes de circuits imprimés à radiofréquence sont également capables de supporter une transmission à large bande passante des systèmes de données. Cela en fait un favori dans l'industrie de la communication.

Les PCB RF sont également utilisés dans la fabrication de télécommandes qui facilitent la communication sans fil.

Les satellites de communication sont également fabriqués à l'aide de PCB RF. Habituellement, ils sont utilisés pour transmettre des informations dans des conditions thermiques et environnementales défavorables.

Avec RF PCB, il y a l'assurance que de telles fluctuations n'affecteront pas les performances.

Un autre domaine d'application commun des PCB RF dans cette industrie est la fabrication de téléphones intelligents.

 iii. Électronique grand public

Les cartes de circuits à radiofréquence sont également utiles dans la production d'électronique grand public. Ceci est principalement dû à leurs performances thermiques et électriques.

Encore une fois, les PCB RF ont tendance à être relativement moins chers, donc abordables pour la plupart des consommateurs.

Les appareils tels que les smartphones, les montres intelligentes, les micro-ondes et les radios sont fabriqués à l'aide de cartes de circuits imprimés RF.

un micro-ondes

iv. Applications militaires

Les applications militaires sont souvent exposées à des conditions météorologiques et thermiques fluctuantes. En tant que tels, les PCB RF sont largement utilisés dans leur fabrication.

Cette préférence est basée sur sa capacité à supporter les fluctuations thermiques et environnementales.

Matériel de communication militaire

Ces applications militaires comprennent les satellites, les radiotéléphones, les scanners de sécurité, les avions et les véhicules militaires.

v. Applications médicales

Les PCB à radiofréquence sont depuis longtemps utilisés dans l'industrie médicale. Habituellement, les dispositifs médicaux tels que les appareils à rayons X et les scanners médicaux sont fabriqués à l'aide de PCB RF.

La même chose peut être dite des implants médicaux tels que les stimulateurs cardiaques.

Machine à rayons-X

vi.Industrie automobile

Les véhicules à moteur ont besoin de meilleures performances électriques. L'industrie automobile est également réglementée pour s'assurer qu'elle respecte les normes de fabrication établies.

Les circuits imprimés RF rendent ces normes établies réalisables.

Usine d'assemblage de véhicules entièrement automatiques

vii.Applications industrielles

Dans les industries, il y a généralement le désir de fabriquer des produits efficaces et fiables.

Cela signifie que les demandes de produits capables de supporter à la fois les fluctuations thermiques et environnementales sont élevées.

Les PCB RF répondent effectivement à ces conditions.

Détecteur RF

En bref, tous ces gadgets électroniques électriques utilisent des circuits PCB RF pour transmettre des signaux.

Avantages des cartes de circuits imprimés RF

Le fait que la conception de ces PCB utilise des matériaux haute fréquence leur confère plusieurs avantages pour les applications MHz et GHz.

C'est en raison des avantages suivants que les PCB RF sont idéaux pour des applications telles que les radars militaires, les télécommunications et les systèmes de réseaux informatiques.

Carte de circuit imprimé RF

• Structure PCB stable - ils ont une structure PCB qui présente une excellente stabilité, même dans des environnements à haute température. Ils peuvent fonctionner jusqu'à 40 GHz lorsqu'ils travaillent avec des applications analogiques.
• Tangente à faible perte - En raison de la tangente à faible perte et de la constante diélectrique stable (Er), les signaux haute fréquence peuvent traverser le PCB avec une impédance minimale et à grande vitesse.
• Coûts d'assemblage réduits - En raison de la possibilité de développer un empilement de panneaux multicouches, les matériaux sont facilement combinés en un seul empilement. Cela conduit à des PCB plus petits et moins coûteux qui ont des performances optimales.
• ces PCB, plusieurs cartes peuvent facilement être alignées dans une disposition complexe.
• L'assemblage de composants à pas fin sur la carte est également facile

Défis dans la conception de cartes de circuits imprimés RF

Les problèmes suivants sont courants lors de la conception de circuits imprimés RF, nécessitant beaucoup de travail préventif pendant le processus de conception.

• La sensibilité au bruit des circuits imprimés RF entraîne des sonneries et des réflexions. Vous devrez donc les traiter avec le plus grand soin
• Les circuits imprimés haute fréquence à adaptation d'impédance sont connus pour avoir une tolérance minimale, nécessitant ainsi la nécessité de contrôler l'impédance. Ceci est particulièrement nécessaire pour les grandes longueurs de trace.
• Les signaux de perte de retour-retour peuvent être un gros problème, en particulier pour les hautes fréquences micro-ondes. Il est essentiel d'avoir une bonne conception du PCB qui en tienne compte.
• Cela permet de s'assurer que le signal de retour ne passe pas par les plans de puissance ou les multicouches. Si cela se produit, le contrôle de l'impédance est entravé
• Les personnes qui parlent en même temps-La diaphonie est un autre problème courant pour les PCB RF. Ce problème est généralement pire lorsque la densité de la carte est plus élevée.

Directives de disposition des circuits imprimés RF

Conception de circuits imprimés RF

Lignes de transmission RF

Les lignes de transmission d'impédance sont utiles pour transférer de l'énergie vers et depuis les broches IC.

Ici, nous examinerons les différents types, y compris les microruban, les lignes à bande suspendues et les lignes mises à la terre.

1.Microruban

Les lignes de transmission microruban ont un routage métallique à largeur fixe et un plan de masse ininterrompu qui est placé sur la couche suivante.

L'impédance caractéristique dépendra du type et de l'épaisseur de la couche diélectrique. Elle varie généralement entre 50O et 75O.

2. Stripline suspendu

Celui-ci est composé d'une couche intérieure et d'un routage à largeur fixe. Il a des masses solides sur et sous le conducteur central, généralement au milieu des plans de masse ou décalés.

3. Guide d'ondes coplanaire (mise à la terre)

Lors de la conception PCB RF, un guide d'ondes coplanaire vous aide à mieux isoler entre les lignes RF et les autres lignes de signal.

Il a un conducteur central et des plans de masse d'un côté. En outre, il devrait avoir via des clôtures des deux côtés.

Impédance caractéristique

Il existe différentes manières de calculer et de régler avec précision la largeur de la ligne conductrice de signal pour la cible. impédance.

Notez seulement que la constante diélectrique des couches de stratifié externes est généralement inférieure en raison de la faible teneur en verre.

Vous devez donc être prudent lors de la saisie de la constante diélectrique des couches pour obtenir un équilibre optimal.

Coins et coudes

Les coins et les coudes des lignes de transmission ne doivent jamais être à angle droit. Toutes les lignes de transmission en angle doivent avoir des bords arrondis.

Les lignes de transmission aux angles vifs (à angle droit) sont sujettes à des pertes plus élevées.

Le rayon de courbure des bords arrondis doit être d'au moins 3 fois la largeur du conducteur central. Cela permet d'assurer la stabilité de l'impédance pendant que le courant traverse le coude.

Dans les cas où, pour une raison quelconque, vous ne pouvez pas trouver de courbe, vous pouvez utiliser un multimètre incliné pour réduire les fluctuations d'impédance.

Changements de couche pour les lignes de transmission

Pour aider à réduire la charge d'inductance, utilisez au moins deux trous via pour chaque transition d'une ligne de transmission entre deux couches.

Utilisez le plus grand diamètre via compatible avec la largeur de la ligne de transmission.

Vous pouvez également utiliser trois vias si vous n'êtes pas en mesure d'utiliser les vias de plus grand diamètre en raison de contraintes d'espace.

Isolation de la ligne de signal

Gardez les lignes de transmission aussi éloignées que possible. Ne les acheminez jamais à proximité l'un de l'autre sur de longues distances car cela peut également augmenter le couplage.

Assurez-vous qu'il y a un plan de masse pour séparer toutes les lignes qui se croisent sur des calques séparés. Éloignez les lignes de signal à haute puissance de toutes les autres lignes.

Plans au sol

Utilisez un plan de masse continu pour la couche 2. Les lignes à bande et les lignes à bande décalées nécessiteront que vous disposiez de plans de masse au-dessus et en dessous du conducteur central.

N'utilisez pas ces plans pour les réseaux de signal ou d'alimentation.

Si vous devez utiliser des plans de masse partiels, ils doivent se trouver sous les composants et les lignes de transmission.

Ne cassez jamais les plans de masse et ne les placez jamais sous les lignes de transmission.

Pour éviter les chemins de retour à la terre qui peuvent provoquer une augmentation de l'inductance de terre parasite, ajoutez suffisamment de vias de terre entre les couches.

Cela aidera également à prévenir le couplage croisé.

Sélection de condensateurs de découplage ou de dérivation

Tout condensateur fonctionnant au-dessus de la fréquence d'auto-résonance (SRF) est inductif.

Ils ne peuvent donc pas être efficaces dans le découplage. SRF signifie que les condensateurs ont des plages de capacité limitées.

Si vous avez besoin d'un découplage à large bande, utilisez de nombreux condensateurs avec une capacité plus élevée.

Considérations relatives à la disposition des condensateurs de dérivation

L'inductance parasite sur le chemin de terre CA doit être minimisée car les lignes d'alimentation doivent être mises à la terre CA.

L'inductance parasite se produit généralement en fonction du choix de l'orientation des composants.

Mise à la terre des composants connectés en shunt

Un exemple de ces composants est un condensateur de découplage d'alimentation.

Pour chacun de ces composants, utilisez plusieurs vias de mise à la terre afin de réduire l'impact de l'inductance parasite. Pour une collection de composants connectés en shunt, vous pouvez utiliser via des îlots de terre.

Considérations relatives à la conception de circuits imprimés RF

Dès le début, vous devez avoir réalisé que les cartes de circuits imprimés RF sont assez différentes des autres types de PCB.

Ils s'appuient sur des matériaux spéciaux et des considérations spéciales, comme indiqué ci-dessous.

Carte de circuit imprimé RF

1)Mise à l'échelle

Au fur et à mesure que les PCB sont durcis pendant le laminage à chaud, les couches internes perdront une certaine masse. En raison de cette perte anticipée, il est crucial d'augmenter le circuit d'un certain pourcentage.

Cela garantit que lorsque les couches perdent du poids, elles atteignent les dimensions souhaitées.

Les matériaux haute fréquence utilisés dans les PCB RF se comportent généralement différemment. Cela signifie que la mise à l'échelle est très difficile car vous devrez comprendre le matériau spécifique.

Le calcul du facteur d'échelle pour le matériau particulier que vous utilisez est un défi que vous devez relever.

Si vous ne le faites pas, vous vous retrouverez avec des planches avec un mauvais enregistrement de la perceuse au pad et de la couche à la couche. De telles cartes ne fonctionneront pas correctement.

Au fil du temps, cependant, vous devriez être en mesure de déterminer des facteurs d'échelle cohérents pour les matériaux, ce qui facilitera les choses.

2)Préparation des surfaces

Les types de PTFE sont très sensibles lorsqu'il s'agit de la préparation de surface multicouche.

Une préparation très agressive peut déformer le matériau car il est relativement plus mou. Une déformation importante rendra le PCB rebut.

Lors de l'ébavurage, le substrat peut finir par se polir, ce qui affecte gravement l'adhérence. Cela nécessite que vous anticipiez toujours le besoin d'une manipulation spéciale.

3)Préparation du trou

En raison de la nature différente des matériaux utilisés dans les circuits imprimés RF, vous devrez utiliser différentes méthodes de préparation des trous.

Par conséquent, vous devez ajuster les paramètres de la perceuse pour vous assurer qu'il n'y a pas de maculage de surface.

Encore une fois, des gaz différents des gaz habituels sont utilisés pour traiter les trous après le forage. Vous devez donc prévoir toutes les étapes nécessaires pour vous assurer que les trous ressortiront propres.

4)Taux de dilatation thermique

Si vous concevez un PCB multicouche hybride en combinant des matériaux haute fréquence avec FR4, vous devez faire correspondre correctement les matériaux.

En effet, si les caractéristiques du matériau ne correspondent pas, les taux d'expansion des couches seront différents.

Vous devrez également faire correspondre les matériaux de remplissage des trous que vous utilisez pour boucher les vias avec les autres matériaux de la pile.

Si vous êtes un concepteur et un fabricant expert, cela ne devrait pas être un gros problème. Vous avez probablement déjà dû analyser ces caractéristiques de matériaux auparavant.

5)Usinage

Le comportement des matériaux RF lorsqu'ils sont soumis à différentes machines diffère généralement des stratifiés FR4.

Lors du perçage, par exemple, les matériaux imprégnés de céramique peuvent s'avérer très durs pour les forets.

Dans de tels cas, la vitesse de rotation et l'alimentation de la broche doivent être personnalisées en fonction des caractéristiques spécifiques du matériau. Cela vous aidera également à éviter les fibres qui restent généralement à l'intérieur des parois du trou

Pour éviter une mauvaise qualité du bord, utilisez des mèches spéciales développées pour les stratifiés RF. Si vous utilisez un mauvais type de défonceuse, l'outil risque de se coincer contre les fibres de la planche, ce qui lui donnera un bord poilu.

Le V-scoring peut également endommager le matériel RF et n'est pas recommandé sauf en cas de nécessité absolue. La lame de la machine à marquer en V va probablement retirer le cuivre de la surface.

6)Matériau PCB

Comme nous l'avons déjà vu dans les sections précédentes de ce guide, les PCB RF sont très "difficiles" en ce qui concerne les matériaux de base.

Les matériaux tels que le FR4 sont de très mauvaise qualité lorsqu'il s'agit de fabriquer des PCB RF.

Le danger lié au choix du mauvais matériau est que les problèmes surviennent principalement après la production, entraînant des pertes extrêmes.

Si vous engagez un fabricant de PCB, vous devrez peut-être inspecter des échantillons si vous doutez du choix des matériaux. Sinon, vous risquez de recevoir toute une commande de ferraille.

7) Choix de la ligne de transmission

Le choix de la bonne ligne de transmission est essentiel pour les performances de votre PCB RF.

Il existe deux options principales lors du choix des lignes de transmission pour les PCB RF : les guides d'ondes coplanaires mis à la terre (GCPW) et Microstrip.

Si votre conception est plus compacte, un GCPW offrira de meilleures performances car :

• Ils sont caractérisés par un plan de masse ininterrompu
• Les couches mises à la terre permettent une meilleure isolation des lignes de transmission. Cela minimise les pertes et les réflexions.

Malgré ces atouts, la plupart des concepteurs préfèrent le microruban car la plupart des programmes ne prennent pas en charge les GCPW.

8)Dimensions des lignes de transmission

Les dimensions des lignes de transmission affectent généralement les performances du PPCB. Toutes les lignes de transmission et tous les composants doivent être à une impédance de 50 O ou très proche de celle-ci.

Encore une fois, l'utilisation de lignes de transmission très fines est susceptible d'entraîner des performances médiocres.

9) Via l'espacement et le placement

L'espacement des vias doit toujours être approprié car les vias sont essentiels pour les performances des circuits imprimés RF. Ce sont les vias qui aident à réduire l'inductance de masse dans le PCB RF.

Ils aident également à résoudre les problèmes liés à un couplage indésirable.

10) Routage sur les couches de polarisation et de masse

Dans la conception de PCB RF, le chemin du courant de retour des couches de polarisation du système doit être bien vérifié.

Les couches de signal entre les couches de polarisation et de masse conduisent à des chemins de retour plus grands. Cela provoque un couplage de bruit sur les couches de signal.

Pour une bonne disposition, il ne devrait y avoir aucune ligne de signal entre les couches de masse et la polarisation.

Logiciel de conception de circuits imprimés RF

En tant qu'ingénieur en conception RF ou micro-ondes, la conception d'un circuit imprimé RF qui fonctionne bien peut être une tâche difficile. Ce que vous ne voulez pas, c'est terminer le processus long et fastidieux, seulement pour réaliser que vous devez tout recommencer.

Eh bien, le secret réside dans l'automatisation et vous devrez vous procurer le bon logiciel pour le travail. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des meilleurs outils pour vous aider à créer une excellente conception de PCB RF.

 Logiciel de conception de circuits imprimés

· Système de conception avancé

ADS est principalement considéré comme le logiciel leader pour la conception de circuits imprimés RF. Il est très populaire en raison de son interface simple et de sa technologie très innovante.

En raison de ces atouts, ADS est utilisé par la plupart des grandes entreprises de communication, de mise en réseau, d'aérospatiale et de défense pour concevoir des PCB RF.

·Bureau micro-ondes

Ceci est un autre logiciel de conception avec une interface très interactive.

Il s'agit d'une intégration d'outils et de technologies très innovants avec les outils de l'entreprise partenaire (spécifiques à l'application particulière).

Le résultat est un superbe système logiciel qui produit facilement des conceptions à haute fréquence. Il émerge rapidement comme l'avenir de la conception de PCB RF.

·Altium

Altium est largement considéré comme l'un des logiciels de conception de circuits imprimés les moins stressants. Il intègre des outils d'ingénierie et de conception de circuits imprimés dans une seule interface, simplifiant ainsi l'ensemble du processus.

Altium designer permet un flux fluide et cohérent depuis le développement du concept jusqu'à la conception du PCB.

Il guide un processus fluide tout au long de la modélisation 3D jusqu'à la fabrication finale.

La clarté et la cohérence sont essentielles dans la conception RF pour éviter de commettre la moindre erreur. N'oubliez pas que la conception de circuits imprimés RF nécessite de la précision car toute simple erreur entraîne une perte énorme.

Altium autorise également les révisions de fichiers gerber sur les fichiers PCB.

· Concepteur Ansoft

La particularité d'Ansoft Designer est qu'il permet une simulation hiérarchique et directe de réseaux distribués complexes. Cela conduit à un circuit comme (dans la fonctionnalité) une conception haute fréquence, conduisant à d'excellents PCB RF.

·Aigle

Eagle est un logiciel de conception de PCB très populaire, en particulier pour les autres types de PCB courants. Il dispose d'un ensemble d'outils bien organisé, y compris un éditeur de schémas, un éditeur de mise en page et l'autorouteur.

Cela permet un processus de conception de PCB hautement intégré.

La liste des logiciels de conception que vous pouvez utiliser pour concevoir des PCB RF est longue. Outre ceux dont nous avons parlé ci-dessus, d'autres sont:

6. KiCad
7. Autocad
8. OuCarte
9. MATLAB
10. Micro-casquette
11. calibre
12. HSpice
13. Micro-ondes doux
14. S-Modifier
15. L-Modifier
16. HFSS
17. Cadence
18. Établi électronique

Comme vous pouvez le constater, vous avez le choix entre plusieurs options logicielles. Alors, comment choisissez-vous lequel choisir?

Un bon logiciel de conception de PCB est celui qui est facile à utiliser. Envisagez d'opter pour un logiciel largement utilisé pour faciliter la collaboration avec d'autres acteurs de l'industrie.

Bien que certaines options logicielles soient très chères, certaines bon marché, tandis que d'autres sont même gratuites, le prix ne devrait pas être le facteur principal.

Il est également essentiel que vous vous assuriez que le logiciel vous permette de revoir les fichiers une fois que vous avez terminé la conception. Pour ce faire, le format de stockage doit permettre de telles révisions.

Les fichiers Gerber vous permettent de revoir visuellement les aspects clés de votre conception de PCB RF, tels que les lignes de transmission.

Des programmes tels que ViewMate vous permettent également de consulter les fichiers.

Matériau PCB RF

Matériau PCB RF

Il y a un certain nombre de facteurs que vous devez prendre en compte lors du choix d'un matériau PCB RF. Ils comprennent:

Caractéristiques importantes

Les PCB RF sont assez différents des autres PCB. Cela est particulièrement évident dans les matériaux spéciaux dont vous aurez besoin lors de la fabrication de PCB RF.

Avant d'examiner ces matériaux, concentrons-nous d'abord sur certaines caractéristiques essentielles qu'ils doivent avoir.

·Constante diélectrique (Er)

Il s'agit de la mesure de la capacité du matériau à stocker de l'énergie électrique dans un champ électrique.

L'axe du matériau affecte la constante diélectrique (Er) car Er dépend de la direction.

La gamme de fréquence dans laquelle le matériau est testé est généralement très importante. Ceci, ainsi que d'autres facteurs lors des tests, doivent toujours correspondre à ceux de l'application cible.

·Coefficient de dilatation thermique (CTE)

En termes simples, CTE explique l'impact du changement de température sur la taille d'un objet. Le CTE est donc très important lorsque la carte arrive aux étapes de perçage et d'assemblage.

En effet, la précision est très importante lors du positionnement des trous et des composants.

Une légère modification de la taille d'un matériau individuel dans la pile peut entraîner une énorme erreur d'alignement.

Des matériaux tels que le PTFE peuvent maculer pendant le perçage si la chaleur est trop forte.

Un matériau avec un mauvais CTE peut s'avérer très coûteux car il peut se casser aux dernières étapes de la production comme la soudure des composants.

Les fabricants préfèrent les matériaux avec un CTE inférieur car ils sont capables de gérer la chaleur pendant le perçage et l'assemblage.

·Tangente de perte

Tangente de perte dépend généralement fortement de la structure moléculaire du matériau de base.

Bien que ce ne soit pas toujours un problème pour les PCB basse fréquence, la tangente de perte est une considération essentielle pour les PCB RF.

En effet, il y a toujours une perte de signal à mesure que la fréquence augmente.

Les PCB multicouches complexes sont encore plus sensibles. Ils génèrent une chaleur supplémentaire pendant le fonctionnement, qui doit être contrôlée pour éviter de perdre en fréquence.

·Absorption d'humidité

Tenez toujours compte de l'environnement de travail de votre appareil prévu. Les PCB pour les appareils conçus pour fonctionner sous l'eau ou dans un environnement très humide auront besoin de caractéristiques spéciales pour contrer les implications.

·Coût par rapport aux performances

Alors que les autres caractéristiques sont d'une importance critique, il faut toujours équilibrer entre la performance et le coût.

Essayez toujours d'obtenir ce qui est abordable, tout en vous assurant que le matériau répond à vos besoins en Er, CTE et tangente de perte.

Matériaux PCB RF courants

Après avoir examiné ces caractéristiques, quels sont les matériaux les plus courants pour les PCB RF ?

Dans la plupart des cas, les matériaux PCB RF sont obtenus en combinant du PTFE, certaines formes de verre, des hydrocarbures et des céramiques.

·PTFE avec verre tissé

L'une des meilleures combinaisons de qualité comprend généralement du PTFE avec du verre tissé ou de la fibre de microverre.

Cependant, cette combinaison est plus coûteuse et ne fonctionne que là où la recherche de la qualité l'emporte de loin sur les considérations de coût.

Malgré ses excellentes propriétés électriques, il a un CTE élevé, ce qui est une faiblesse.

Le PTFE avec microfibre de verre ou verre tissé a d'excellentes propriétés électriques, mais un CTE élevé.

· PTFE chargé de céramique

Une combinaison de PTFE et de céramique coûte relativement moins cher mais reste de bonne qualité.

C'est principalement parce que la fabrication de PCB RF avec ce matériau est plus facile que la combinaison PTFE-microverre.

Cette option s'accompagne de la force de bonnes caractéristiques électriques. Il a également un faible CTE, ce qui signifie qu'il est thermiquement plus résistant.

Ce matériau a généralement un taux d'absorption d'humidité plus faible que lorsque du verre tissé est ajouté, ce qui augmente l'absorption d'humidité.

·Céramique avec hydrocarbure

Une autre option plus simple à fabriquer est la céramique remplie d'hydrocarbure. Il a l'avantage d'avoir un CTE très bas.

Cependant, les PCB résultants sont généralement caractérisés par des caractéristiques électriques plus faibles et présentent des signaux moins fiables.

Les PCB fabriqués à partir de céramique PTEF avec hydrocarbure ne présentent qu'une légère augmentation de l'absorption d'humidité. Cela signifie que c'est un meilleur choix si vous cherchez à trouver un équilibre entre le coût et la résistance à l'humidité.

Les aspects les plus importants que vous devrez prendre en compte lors de la sélection de l'une de ces options incluent le prix et les performances électriques.

Cependant, s'il doit y avoir des contraintes de soudure au stade de l'assemblage, la robustesse thermique est essentielle.

Cela compte également beaucoup si l'appareil est destiné à fonctionner dans des environnements comme l'industrie aérospatiale, qui sont très exigeants.

· FR4

Il s'agit d'un matériau très courant, mais également controversé lorsqu'il s'agit de fabriquer des PCB RF.

Il est généralement considéré comme absolument inadapté aux PCB RF, bien que certains fabricants pensent qu'il devrait avoir une chance.

Lorsqu'il s'agit de la seule option disponible et abordable, elle peut être envisagée. Néanmoins, vous devez vous attendre à ce qu'il ne fonctionne que pour les PCB RF destinés aux applications à très basse fréquence.

Bien que le FR4 soit très bon marché par rapport aux autres matériaux pour PCB RF, il est moins susceptible d'atteindre de bonnes performances.

Sa tangente de perte va évidemment être un problème, ce qui la rend inappropriée pour les applications à haute puissance.

Approvisionnement en composants pour la conception de cartes de circuits imprimés RF

La première étape dans RF PCB sourcing de composants est la préparation d'un nomenclature (BOM). Il s'agit d'une liste bien détaillée de tous les composants dont vous aurez besoin dans la fabrication de votre PCB RF.

BON

Inclure les numéros de pièces dans la liste et les informations sur le fabricant de chacune des pièces. Cela vous donnera un aperçu clair pendant tout le processus.

Normalement, vous n'êtes peut-être pas en mesure de fabriquer vous-même tous ces composants. En conséquence, vous devrez les externaliser auprès des fabricants.

Les fabricants dépendent de votre nomenclature pour vous fournir les composants dont vous avez besoin pour votre PCB RF.

Approvisionnement en composants

· Considérations sur l'approvisionnement en composants RF PCB

Lors de l'externalisation auprès d'un fabricant, vous devrez prendre en compte un certain nombre de facteurs.

• Tout d'abord, évaluez les services offerts par le fabricant.
• Vous devez également évaluer l'expertise du fabricant. Dans la plupart des cas, le fait d'avoir du personnel qualifié est un indicateur d'expertise. Cela vous assure des composants impeccables.
• Vous devrez peut-être également faire attention à l'expérience que le fabricant a eue dans la fabrication de PCB RF. Avec un tel fabricant, vous serez assuré de moins de difficultés lors de l'externalisation auprès d'eux.
• Un autre facteur essentiel à surveiller est la certification par les organismes d'autorisation. La certification implique le respect des normes établies. En tant que tel, vous êtes suffisamment assuré de la qualité des composants que vous achetez.
• Un bon fabricant ou fournisseur de composants devrait également être en mesure de vous fournir le devis approprié pour les matériaux nécessaires. Le fabricant sera guidé par la nomenclature présentée.
• Expédition - Habituellement, les composants sont délicats et nécessitent un transport spécialisé. Les fabricants qui emballent et expédient des composants sont susceptibles de prendre en compte la sécurité des composants.
• La garantie est également une autre considération essentielle.

Lorsque tous ces facteurs s'avèrent positifs, vous êtes assuré que les composants fournis répondront à vos besoins.

·Précautions lors de l'approvisionnement en composants PCB RF

Il existe également un certain nombre de mesures de précaution que vous devez prendre lorsque vous décidez du fabricant auprès duquel vous vous approvisionnerez en composants.

• Vous devez d'abord éviter de prendre une décision précipitée lors du choix du fabricant. Une décision précipitée est susceptible d'entraver votre analyse des avantages et des inconvénients de la liste des fabricants.
• Vous prendrez trop de risques si vous ne précisez pas clairement l'objectif du projet. Lors de l'approvisionnement des composants PCB RF, ce que vous avez l'intention de faire du PCB doit être clair.

Si cela n'est pas fait, le fabricant est susceptible d'exclure certains composants ou d'en ajouter des non pertinents. Cela conduira finalement à des défauts dans l'application finale si les mauvais composants sont utilisés.

• Lors de l'externalisation, il est également important que vous fassiez confiance au fabricant pour la production. Cela signifie leur donner la liberté d'être suffisamment innovants lors de l'obtention des composants. En tant que tel, lorsqu'il n'y a pas de confiance, il n'est pas nécessaire de continuer à travailler avec un fabricant particulier.
• Il n'est pas sage de rechercher la meilleure affaire. La qualité a généralement un coût.

Lorsque les prix sont trop bas, l'hypothèse est que la qualité des composants sera compromise. Cela compromettra également les performances générales du PCB RF.

• Faites vos recherches et assurez-vous d'avoir une idée approximative des prix du marché des composants.
• Si possible, évitez de sous-traiter à l'étranger. Habituellement, les coûts ont tendance à être plus élevés lorsque vous vous procurez les composants à l'étranger. L'expédition entraîne parfois la destruction des composants, ce qui entraîne une mauvaise performance de la carte RF.

 Classification de la conception des cartes de circuits imprimés à radiofréquence

Carte de circuit imprimé radiofréquence

Il existe différents types de circuits imprimés multicouches, selon l'application visée. En fonction des types de PCB RF que la conception prévoit d'accompagner, la conception de PCB RF peut être classée comme :

1. Conception de circuits imprimés RF multicouches

Dans les PCB RF multicouches, la carte comporte plus de deux couches. Le plus petit nombre de couches conductrices dans ce type de carte est de trois. Ces couches conductrices sont enterrées au centre du matériau.

Habituellement, vous êtes censé faire l'alternance des couches de matériaux préimprégnés et de base. Vous procéderez ensuite à leur stratification sous des températures et une pression élevées.

Le résultat sera un PCB multicouche.

Cette procédure est importante car elle vous aidera à expulser l'air emprisonné entre les couches. Il encapsule en outre les conducteurs avec de la résine.

L'adhésif maintenant les couches ensemble est ensuite fondu et durci.

Il existe un certain nombre de combinaisons de matériaux à votre disposition lors de la fabrication de votre PCB RF multicouche. Vous pouvez utiliser du verre époxy basique ou même de la céramique exotique.

Une autre option consiste à utiliser des matériaux en téflon.

2. Conception de PCB RF rigide

Les PCB RF rigides sont ceux qui sont fabriqués à partir d'un matériau de substrat solide. Ceux-ci empêchent la planche de se tordre d'où le terme "rigide".

Le raidisseur FR4 est le matériau le plus couramment utilisé dans le processus de raidissement. Il est également composé de transes et de chemins cuivrés.

Ceux-ci sont généralement intégrés à la carte unique pour fournir de l'espace pour connecter divers composants.

Traditionnellement, ces PCB RF rigides sont les plus couramment utilisés par rapport à leurs homologues flexibles. Ceci est principalement informé par les coûts impliqués dans l'utilisation de ce dernier.

La conception de circuits imprimés RF rigides nécessite l'utilisation d'un logiciel de conception approprié. Certaines options préférées ici sont Altium, Proteus ou EasyPC.

Les PCB RF rigides sont composés d'un certain nombre de couches. Ces couches sont combinées à l'aide de chaleur et d'adhésif. Cela donne à la planche une forme solide.

La couche de substrat est en fibre de verre. Notez qu'une chaleur supplémentaire sera nécessaire pour stratifier la couche de cuivre sur le.

À des fins d'isolation, la conception doit intégrer l'ajout d'une couche de masque de soudure au-dessus de la couche de cuivre.

Ajoutez également de la sérigraphie au-dessus de la couche de masque de soudure.

3.Conception de PCB RF simple face

Il s'agit de la forme la plus simple de carte PCB RF. La conception n'a qu'un seul matériau conducteur.

Les PCB à simple face sont généralement préférés pour les conceptions à faible densité.

N'oubliez pas qu'il n'y a pas de tressage à travers les trous de cette planche.

Les PCB RF simple face utilisent principalement des matériaux pour les PCB RF simple face, notamment le FR4, l'aluminium et la base en cuivre.

4. Conception de PCB RF double face

Dans ce type de PCB RF, il y a deux couches de cuivre conductrices. Cela signifie que la carte est conçue avec des traces ou des chemins des deux côtés. Cela signifie qu'il y a un lien entre les deux parties.

Ceci est rendu possible par les trous qui sont percés sur la planche. Le montage des composants sur la carte s'effectue à l'aide de la technologie des trous traversants et de la technologie de montage en surface.

Cette conception prévoit la stratification des couches des deux côtés de la planche.

La résine époxy de verre est utilisée comme matériau isolant à la base de la conception. Une feuille de cuivre est également laminée sur les deux côtés du substrat.

Pour la protection, vous aurez besoin d'avoir un masque de soudure au-dessus des deux côtés de la conception du PCB RF.

Processus de fabrication de cartes de circuits imprimés RF

Vous trouverez ci-dessous un aperçu détaillé de l'ensemble du processus de conception de PCB RF, de la fabrication, de l'assemblage aux tests de qualité.

Étape 1 Conception et mise en page du PCB

La conception marque la première étape dans la fabrication de PCB RF. Tout d'abord, concevez la disposition du PCB RF. La conception peut être émulée à partir du prototype à l'aide de l'un des logiciels de conception de circuits imprimés RF dont nous avons déjà parlé.

Étape 2 Préparation de la production

Couper le stratifié - À partir de la conception, procédez à la découpe du stratifié dans la même taille que la planche ou la taille du panneau.

Séchage

Le séchage est fait pour empêcher la planche de se déformer lors du traitement. Cela devrait être fait à environ 150? pendant environ 3 à 4 heures.

Étape 3 Imagerie de la couche interne

Film intérieur

Appliquez un film sec sur le panneau central en cuivre nu. Passez à effectuer des réactions photo imagées sur le film sec.

Développement de la couche interne

Lorsque cela est fait, vous aurez exposé la plaque centrale. Le film sec qui n'avait pas été exposé auparavant est révélé. Cela révélera la peau de cuivre d'origine exposant le film sec retenu. Utilisez la photo-imagerie dans cette étape.

Étape 4 Gravure de la couche interne

Gravure

Grâce à la ligne de gravure, vous pourrez protéger la peau de cuivre avec un film sec. Procéder au décapage de la peau de cuivre qui n'est pas protégée par le film sec. Cela exposera les modèles qui sont censés être conservés.

Déchargement du film

Procéder au retrait du film sec de la feuille de cuivre sur la plaque centrale. Lorsque cela est fait, le motif de ligne qui doit être conservé sera formé.

Étape 5 AOI de la couche interne

L'inspection optique automatique est la première étape d'inspection. Il vous permettra de vérifier s'il y a court-circuit ou ouverture de la plaque du coeur. Cela vous aidera également à vérifier si la gravure est propre ou non.

Étape 6 Stratification

Utilisez un support isolant pour presser une feuille de cuivre sur une planche entre les couches.

Étape 7 Perçage

Continuez à percer la plaque de stratifié. Au moment de faire cela, il ne devrait pas y avoir de métal dans le trou. Cela permet de s'assurer que la couche n'est pas connectée à une autre couche.

Étape 8 Dépôt autocatalytique de cuivre

Ensuite, enduisez le trou d'une très fine couche de cuivre. Ceci est réalisé par une réaction chimique.

Étape 9 Placage électrolytique horizontal

Utilisez la réaction d'électrotransfert pour épaissir le trou. L'épaisseur doit être comprise entre 5 et 8 µm. Ceci est rendu possible grâce à l'existence d'une couche déjà mince de cuivre métallique dans le trou.

Étape 10 Imagerie de la couche externe

Film de couche externe

Sur la plaque à noyau de cuivre nu, appliquez un film sec. Ce film sec est nécessaire pour réaliser toutes les réactions photoimagées.

La différence entre cette couche interne et la couche externe est le perçage sur la plaque. La fixation du film sec sur la plaque offrira une protection au trou.

Développement de la couche externe

Après avoir développé la couche interne, le cuivre qui se trouve sous le film sec est conservé. Cependant, après le développement de la couche externe, celle-ci est gravée. Le cuivre qui doit être conservé est ensuite laissé à nu.

Étape 11 Placage graphique

Placage de cuivre épais

Plaquez le cuivre nu à l'épaisseur de cuivre fini. Cette épaisseur doit mesurer entre 18 et 25µm.

Assurez-vous de plaquer la surface de l'épaisseur de cuivre et l'épaisseur des trous de cuivre ensemble. Vous aurez atteint l'épaisseur de trou de cuivre recommandée.

Placage d'étain

Pour protéger la feuille de cuivre, procédez à épaissir la surface du cuivre avec une couche d'étain métallique blanc.

Se débarrasser du film

Vous pouvez maintenant vous débarrasser du film sec qui est attaché à la planche. Décapez le cuivre qui se trouve sous le film sec.

L'étain utilisé dans la sous-étape précédente aidera à garantir que le cuivre nécessaire est conservé.

Étape 12 Gravure de la couche externe

Gravure

L'étain offrira une protection au cuivre souhaité à ce stade. Lorsque vous gravez la ligne, le cuivre que vous aviez exposé sera gravé. En attendant, le cuivre que vous aviez protégé avec de l'étain restera.

Enlèvement de l'étain

Procéder au retrait de l'étain utilisé pour protéger le cuivre. En conséquence, le cuivre destiné à rester sera exposé. À ce stade, tous les modèles extérieurs seront terminés.

Étape 13 Masquage de la soudure

Plongez le panneau dans le masque de soudure liquide. Procéder à l'exposition de la carte aux rayons ultraviolets de haute intensité.

L'application du masque de soudure est faite pour offrir une protection contre l'oxydation aux circuits en cuivre.

Étape 14 Sérigraphie

Dans cette étape, vous imprimerez des informations sur le tableau. Cela en fait une étape cruciale dans la fabrication des PCB.

Étape 15 Finition de surface

Cette étape garantira que la surface de la carte est protégée et peut être soudée.

Après le processus de profilage, vous pouvez également opter pour d'autres processus de finition de surface. Ceux-ci incluent le V-CUT et le doigt d'or.

COUPE EN V

Dans cette option, vous découperez le panneau en tailles et formes spécifiques, en fonction des applications prévues du panneau. Vous pouvez y parvenir à l'aide d'un routeur ou d'une rainure en V.

Lorsque vous avez l'intention de laisser de petits onglets, un routeur est la meilleure option pour vous. La rainure en V, d'autre part, vous permettra de couper des canaux diagonaux de chaque côté de la planche.

Le doigt d'or

Cela fait simplement référence aux connecteurs de placage utilisant de l'or. Ainsi, la durabilité des connecteurs de bord sera assurée. Cela contribue grandement à protéger le circuit imprimé RF contre les dysfonctionnements.

Étape 16 Test électrique

Il est important d'effectuer des tests électriques sur la carte. Cela vous aidera à vous assurer qu'il est fonctionnel.

Habituellement, deux tests principaux sont effectués : les tests d'isolement et les tests de continuité du circuit.

Étape 17 Inspection visuelle finale (FQA&FQC)

Après le processus de fabrication, une inspection visuelle peut être effectuée sur le PCB RF fini.

Si une anomalie corrigible est détectée, elle est corrigée. Sinon, si l'anomalie est défavorable, le plateau est défaussé. Cela aidera à garantir que les applications prévues fonctionnent efficacement.

Normes et réglementations de qualité de conception de circuits imprimés RF

De nombreuses normes et réglementations régissent la conception des PCB RF. En respectant ces normes, les fabricants du monde entier sont en mesure d'arriver à des conceptions de circuits imprimés RF de qualité.

Il améliore également la compatibilité de la conception avec les composants et les procédures de production des entreprises concernées.

Certaines de ces normes et réglementations sont :

Processus de contrôle qualité

§CGMP

Lors de l'identification d'un fabricant de PCB RF, l'une des normes de qualité à vérifier est CGMP.

CGMP est l'acronyme de Réglementation actuelle des bonnes pratiques de fabrication. Il s'agit d'un ensemble de réglementations établies par la Food and Drug Administration.

En tant que telles, ces réglementations garantissent que la conception de votre PCB RF est surveillée. Il réglemente également les processus de fabrication et les installations dans lesquelles le processus de production est effectué.

Lors de la conception d'un PCB RF, vous devrez vous conformer à ces normes.

§IEEE

Il s'agit de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens.

C'est une société professionnelle qui promeut le développement et même l'application de l'électrotechnologie.

L'abonnement à cet organisme vous permettra d'utiliser la technologie actuelle dans la conception et la fabrication de PCB RF.

§ CE

C'est la marque de certification dans l'Espace économique européen. Il garantit que la conception de votre PCB RF est conforme à un certain nombre de normes établies.

Il s'agit également de la qualité des composants fabriqués ou importés pour être utilisés dans la région de l'UE

A ce titre, elles intègrent des normes sanitaires, des normes de sécurité des utilisateurs ou encore des normes de protection de l'environnement.

Lors de l'achat de composants pour votre PCB RF sur le marché européen, assurez-vous qu'ils portent cette marque.

Les composants fabriqués hors d'Europe mais destinés à être vendus au sein de la communauté portent également cette marque.

§RoHS

Cette marque de normalisation limite les substances dangereuses. Il est largement utilisé dans l'Union européenne.

Il se concentre davantage sur la restriction de l'utilisation de substances dangereuses sur les produits électriques et électroniques.

La durée de validité de cette marque de normalisation est de cinq ans.

Des restrictions sont imposées contre des produits tels que le plomb, le mercure, le chrome et le cadmium. PBB et PBDE également limités.

Votre conception doit être restreinte dans les limites de ces règles.

Vous devrez également vérifier cette marque de normalisation avant d'acheter des composants de RF PCB.

Il s'agit d'une marque de normalisation universellement acceptée, vous devez donc vous y attendre sur la plupart des produits.

§ CCC

Il s'agit de la marque de certification chinoise. C'est une marque obligatoire pour les produits importés et vendus ou même utilisés en Chine.

Lors de l'achat de vos composants RF PCB en Chine, consultez cette marque pour vérifier les normes de qualité.

§ ISO

ISO 9000 est une marque de normalisation pour aider les organisations à s'assurer que les besoins des consommateurs sont satisfaits.

Au fur et à mesure que les besoins sont satisfaits, la qualité doit être à la hauteur des règles de production établies.

C'est l'une des marques de normalisation les plus courantes. Cette certification sur l'entreprise et les composants que vous achetez est une confirmation de qualité.

§ASTM

Il s'agit également d'un organisme international de normalisation. Sa fonction est de développer et de publier des normes convenues d'un commun accord pour les matériaux et les produits.

Ceci s'applique également aux systèmes et aux services.

Renseignez-vous sur les composants de votre PCB RF pour être assuré d'un produit de qualité.

Conclusion

Les cartes de circuits imprimés RF sont une catégorie exceptionnelle de PCB, en raison des matériaux utilisés et des exigences de conception uniques.

Cela est dû aux exigences de fréquence qui les rendent indésirables pour les matériaux et les conceptions courants.

Après avoir parcouru ce guide, vous savez maintenant ce qui informe toutes ces caractéristiques particulières.

Vous connaissez également bien toutes les directives et considérations relatives aux PCB RF.

Vous pouvez toujours consulter ici des guides plus élaborés comme celui-ci.