- Matériaux de circuits imprimés hyperfréquence à faible perte
- Matériaux de circuits imprimés haute vitesse à faible perte
Matériaux pour circuits imprimés
Les circuits imprimés (PCB) sont intégrés dans presque tous les appareils électroniques. Bien qu’un PCB ne soit pas nécessairement requis pour fabriquer un système électronique, il fournit un moyen pratique de connecter divers circuits via des tracés en cuivre tout en offrant une surface rigide et fiable pour le montage des composants. Le PCB peut avoir un impact majeur sur de nombreux systèmes électriques et le choix du matériau PCB doit toujours être pris en compte.
Certaines caractéristiques clés à considérer lors du choix d’un matériau PCB incluent :
· La constante diélectrique (Dk)
· Le facteur de dissipation (Df)
· La conductivité thermique (TC)
· Le coefficient de dilatation thermique (CTE)
D’autres facteurs clés à examiner sont l’intégrité du signal, le coût du matériau et les coûts de fabrication.
Fiche technique des matériaux PCB
Les matériaux couverts dans ce guide sont listés ci-dessous. Cliquez sur le nom d’un matériau pour télécharger sa fiche technique.
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Propriétés des matériaux de circuits imprimés
Le facteur de dissipation (Df) est le paramètre le plus important pour déterminer l’ampleur des pertes de signal dans un matériau de circuit imprimé ; une valeur plus élevée de Df entraîne des pertes plus importantes. De plus, les pertes de signal augmentent également avec la fréquence ou la vitesse de fonctionnement. Par conséquent, pour contrôler les pertes à haute fréquence ou à haute vitesse, il convient de choisir un matériau de circuit imprimé avec une faible valeur de Df.
La constante diélectrique (Dk) d’un matériau de circuit imprimé varie avec la fréquence. De grandes variations de Dk avec la fréquence provoquent une plus grande distorsion du signal/dégradation du temps de montée, ce qui devient moins acceptable pour les signaux haute fréquence ou haute vitesse. Par conséquent, à mesure que la fréquence ou la vitesse du signal augmente, il est souhaitable d’avoir une variation de Dk avec la fréquence de plus en plus faible. La nécessité d’une moindre variation de Dk avec la fréquence pour les matériaux de circuits imprimés à faibles pertes a été reconnue et mise en œuvre par tous les fabricants de matériaux pour circuits imprimés.
Constante diélectrique (Dk)
La Dk de la plupart des matériaux pour circuits imprimés varie entre 2 et 10. La Dk d’un matériau de circuit imprimé détermine en grande partie la largeur des pistes des lignes de transmission à impédance contrôlée sur le circuit imprimé ; plus la valeur de Dk est élevée, plus la largeur de piste sera faible pour une même valeur d’impédance contrôlée cible. Une valeur de Dk plus élevée entraîne également des pertes diélectriques plus importantes. En général, les matériaux haute vitesse/faibles pertes ont des valeurs de Dk plus faibles. Ainsi, la Dk devient un critère de performance électrique important pour la sélection des matériaux. Pour les matériaux à vitesse normale/perte normale, la Dk varie considérablement avec la fréquence ; pour les matériaux à très haute vitesse/très faibles pertes, la Dk reste effectivement constante avec la fréquence. La Dk du matériau de circuit imprimé le plus couramment utilisé – le FR4, par exemple le FR370HR – est de 3,92 @ 10 GHz.
Facteur de dissipation (Df)
Le facteur de dissipation d’un matériau est le paramètre le plus important pour déterminer l’atténuation ou la perte de signal, à mesure que les signaux se propagent le long d’un conducteur ou d’une piste de circuit imprimé. Plus le facteur de dissipation d’un matériau est faible, plus les pertes de signal seront réduites. Ainsi, le Df est le critère de sélection le plus important du point de vue des pertes de signal. Le Df du matériau FR4 FR370HR est de 0,025 @ 10 GHz.
Classe CTI/tension
Il s’agit d’une mesure du seuil de tension au-dessus duquel un claquage électrique peut se produire entre deux conducteurs électriques à la surface d’un matériau. Plus la valeur de la classe CTI est faible, plus le seuil de tension est élevé. La CTI du matériau de circuit imprimé le plus couramment utilisé – le FR4, par exemple le FR370HR – est de classe CTI 3, avec une plage de tension de claquage électrique de 175 V à 249 V.
Température de transition vitreuse (Tg)
La Tg est la température à laquelle un substrat de circuit imprimé passe d’un état vitreux et rigide à un état ramolli et déformable. Au-dessus de la Tg, le matériau présente un coefficient de dilatation thermique nettement plus élevé qu’en dessous de la Tg. Cependant, la déformation autour de la Tg est totalement élastique ; lorsque la température redescend d’un niveau supérieur à la Tg à un niveau inférieur, le matériau retrouve son état initial. Pour tous les matériaux sans plomb (compatibles ROHS), l’exigence de Tg est > 170 °C. La Tg du matériau FR4 FR370HR est de 180 °C.
Température de décomposition (Td)
La Td est la température à laquelle un matériau de circuit imprimé se décompose chimiquement, et cette transformation est totalement irréversible ; une fois que le matériau dépasse la Td, il ne peut pas retrouver son état initial après refroidissement et devient donc totalement inutilisable. La Td du matériau FR4 FR370HR est de 340 °C.
Coefficient de dilatation thermique (CTE) dans les directions X/Y et Z
Il s’agit du taux d’expansion d’un matériau de circuit imprimé dans les directions X, Y et Z lorsque la température augmente. Ces valeurs correspondent au taux d’expansion en dessous de la Tg. Le CTE X/Y du matériau FR4 FR370HR est de (13,14) ppm/°C. Le CTE dans l’axe Z du FR370HR est de 45 ppm/°C.
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