Sélection des matériaux pour circuits imprimés et leur influence dans les différentes bandes de fréquence de la 5G

Le passage à la 5G sera une décision importante pour de nombreuses industries, mais ce passage dépendra de leurs applications et de leurs opérations. Certaines industries doivent adopter rapidement la nouvelle technologie pour rester compétitives, tandis que d'autres voudront peut-être prendre leur temps. Quel que soit votre secteur d'activité, vous devez tenir compte des coûts potentiels liés à l'utilisation de nouveaux matériaux à grande vitesse. Le temps d'empilage des circuits imprimés peut augmenter de manière significative avec les matériaux à haute vitesse, il vaut donc la peine de prendre le temps de prendre la bonne décision.

Constante diélectrique

Lorsqu'il s'agit de sélectionner un matériau pour circuits imprimés, la constante diélectrique est un élément important à prendre en compte. Elle détermine la vitesse à laquelle le matériau se dilate et se contracte lorsqu'il est exposé à un changement de température. Le taux de conductivité thermique des matériaux pour circuits imprimés est généralement mesuré en watts par mètre et par kelvin. Des matériaux diélectriques différents ont des taux de conductivité thermique différents. Le cuivre, par exemple, a une conductivité thermique de 386 W/M-oC.

Lors de la sélection des matériaux pour circuits imprimés, n'oubliez pas que la constante diélectrique effective du substrat influe sur la vitesse des ondes électromagnétiques. La constante diélectrique du matériau du substrat du circuit imprimé et la géométrie du tracé détermineront la vitesse à laquelle un signal peut traverser le circuit.

La constante diélectrique est un élément clé lors de la sélection des matériaux des circuits imprimés pour les réseaux 5G. Une permittivité élevée absorbe les signaux électromagnétiques et dégrade la sensibilité des communications. Il est donc essentiel de choisir des matériaux de circuits imprimés à faible permittivité.

Épaisseur de la trace

La gamme de fréquences de la technologie 5G est plus large que celle des techniques de communication sans fil précédentes. Cela signifie que des structures plus courtes sont susceptibles d'être excitées par les signaux. En règle générale, la longueur d'onde d'un seul tracé de circuit imprimé est d'un centimètre. Dans cette gamme de fréquences, une simple trace peut constituer une excellente antenne de réception. Toutefois, à mesure que la gamme de fréquences s'élargit, la susceptibilité d'une trace de circuit imprimé augmente. Il est donc essentiel de déterminer la meilleure approche de blindage.

Les bandes de fréquences de la norme 5G sont divisées en deux parties : la bande basse et la bande haute. La première bande correspond à la région des ondes millimétriques, tandis que la seconde se situe en dessous du seuil de 6 GHz. La bande centrée autour de 30 GHz et 77 GHz sera utilisée pour le réseau mobile.

La deuxième bande est la bande basse, couramment utilisée dans le secteur de l'énergie pour communiquer avec les parcs éoliens, les exploitations minières et les champs pétrolifères éloignés. Elle est également utilisée pour connecter des capteurs intelligents dans l'agriculture. La 5G à bande moyenne, qui transmet entre 1,7 GHz et 2,5 GHz, offre un bon équilibre entre vitesse et couverture. Elle est conçue pour couvrir de vastes zones et offrir des vitesses relativement élevées, qui restent plus rapides que celles de l'internet à domicile.

Coût

Lorsqu'il s'agit de fabriquer des produits électroniques, le choix des matériaux pour les circuits imprimés est crucial. La fabrication dans des bandes de fréquences élevées, telles que la 5G, pose de nombreux défis. Heureusement, PCBA123 a créé des familles de matériaux qui répondent aux exigences de cette nouvelle gamme de fréquences.

Les fréquences porteuses plus élevées utilisées dans les réseaux 5G permettront d'augmenter les débits de données et de réduire les temps de latence. Cela permettra une plus grande connectivité pour un nombre beaucoup plus important d'appareils. Cela signifie que la 5G pourrait bien être la norme pour l'internet des objets. Toutefois, l'augmentation de la bande de fréquence s'accompagne d'une augmentation de la complexité des appareils.

Heureusement, il existe des moyens de réduire le coût des circuits imprimés. Par exemple, une option consiste à utiliser des polymères à cristaux liquides à faible perte, qui ont une Tg plus faible. Bien que cette option permette de réduire les coûts, elle peut poser de nouveaux problèmes de permittivité. Les fabricants peuvent également utiliser des céramiques flexibles et des polyimides, qui conviennent mieux aux applications à basse température.

Dilatation thermique

Les circuits imprimés haute fréquence nécessitent des matériaux ayant des caractéristiques de dilatation thermique différentes. Si le FR-4 est le matériau le plus couramment utilisé dans les circuits haute fréquence, de nombreux autres matériaux peuvent être utilisés pour minimiser les pertes. Parmi ces matériaux figurent le polytétrafluoroéthylène (PTFE) pur, le PTFE chargé de céramique, la céramique d'hydrocarbure et le thermoplastique haute température. Les valeurs Dk de ces matériaux varient et le facteur de perte dépend des contaminants de surface, de l'hygroscopicité du stratifié et de la température de fabrication.

Les matériaux des circuits imprimés utilisés dans les technologies 5G doivent être résistants à des variations de température plus importantes. L'augmentation de la résistance thermique permettra de traiter les cartes de circuits imprimés dans les installations existantes. En outre, les technologies 5G nécessiteront des matériaux de circuits imprimés de meilleure qualité. Par exemple, Isola MT40 est un matériau à faible coefficient de dilatation thermique dans le sens de l'épaisseur, avec un Dk/Df de 0,03, ce qui indique qu'il est approprié pour les applications à haute fréquence.

Pour garantir l'intégrité des signaux, les systèmes 5G nécessiteront des composants à haute vitesse et à haute fréquence. Grâce à une gestion thermique efficace, ces composants peuvent être conçus pour fonctionner à la vitesse la plus élevée possible. La conductivité thermique, ou TCR, est une propriété qui mesure la constante diélectrique d'un substrat en fonction de la température. Lorsqu'un circuit fonctionne à haute fréquence, il génère de la chaleur et perd ses performances diélectriques.