Quels substrats PCB sont couramment utilisés dans la conception d’antennes ?

Dans la conception d'antennes, plusieurs types de substrats PCB sont couramment utilisés, chacun avec des propriétés diélectriques, des processus de fabrication et une adéquation d'application différents :

FR-4

Le FR-4 est un substrat économique offrant une bonne résistance mécanique et de bonnes performances d'isolation, avec une constante diélectrique (Dk) typique comprise entre 4.0 et 4.5. Il est largement utilisé pour les antennes des dispositifs de communication sans fil classiques, tels que les antennes Bluetooth et Wi-Fi courte portée. Le FR-4 est particulièrement adapté aux applications où le coût est un critère important et les exigences de performances sont modérées.

Rogers

Les matériaux Rogers présentent des constantes diélectriques plus faibles et de faibles facteurs de dissipation, ce qui contribue à réduire les pertes de transmission du signal. Les différentes séries Rogers offrent des constantes diélectriques comprises entre 2.2 et 10 environ, répondant à divers besoins de conception. Ils sont couramment utilisés dans les antennes haute fréquence, telles que les antennes à ondes millimétriques, les antennes de communication par satellite et autres systèmes sans fil exigeant une qualité de signal élevée. Parmi les modèles les plus courants, on trouve les Rogers 5880, Rogers 3003, Rogers 4350B et la série Rogers 5880LZ à faible distorsion.

Taconique

Les substrats Taconic présentent également de faibles constantes diélectriques qui contribuent à réduire le retard et la distorsion du signal, ce qui les rend adaptés aux applications haute fréquence. Les constantes diélectriques des différents modèles varient, généralement entre 2 et 5, ce qui les rend idéaux pour les ondes millimétriques et autres applications haute fréquence. Parmi les modèles notables, citons le TLY-5, fabriqué en tissu de verre tissé très léger, offrant des avantages tels que la stabilité dimensionnelle, un faible facteur de dissipation, une faible absorption d'humidité, une résistance élevée au pelage du cuivre et une constante diélectrique constante. Le TLY-5 est souvent utilisé dans les radars automobiles, les communications satellite/cellulaires, les amplificateurs de puissance, les LNB, les LNA, les LNC, et dans les bandes de fréquences telles que Ka, E et W. Le RF-35™ est un autre modèle populaire pour diverses conceptions haute fréquence.

Substrats en PTFE (polytétrafluoroéthylène)

Les matériaux PTFE présentent des constantes diélectriques stables, généralement comprises entre 2.0 et 3.0, avec des pertes extrêmement faibles, ce qui les rend adaptés à la transmission de signaux haute fréquence. Le PTFE est couramment utilisé dans les conceptions d'antennes haute précision et hautes performances, telles que les antennes radar, les antennes aérospatiales et autres circuits RF haute fréquence.

Substrats remplis de céramique

Ces substrats ajustent la constante diélectrique en faisant varier le taux de remplissage céramique. Ils offrent une résistance mécanique et thermique supérieure et contribuent à réduire les coûts tout en maintenant de bonnes performances RF. Les substrats chargés en céramique sont largement utilisés dans les conceptions d'antennes moyennes à hautes fréquences, comme les antennes de communication 5G, et conviennent aux antennes miniaturisées nécessitant des dimensions et des performances spécifiques.

Substrats Wangling

Wangling est une marque chinoise proposant des stratifiés courants en fibre de verre PTFE cuivrés, comme les séries F4BM et F4BME, ainsi que des stratifiés en fibre de verre PTFE cuivrés chargés en céramique, comme les séries F4BTM et F4BTME. Leurs séries de substrats diélectriques composites (TP, TF) offrent des constantes diélectriques réglables entre 3.0 et 25, avec de faibles pertes par dissipation et une faible dérive thermique. À noter : lorsque les fabricants de circuits imprimés utilisent les matériaux Wangling pour la première fois, certains problèmes de processus peuvent survenir en raison d'une certaine méconnaissance des matériaux.

Remarques importantes pour la simulation et la conception :

lL'épaisseur de la carte doit généralement être un multiple d'environ 0.254 mm. Évitez de définir des épaisseurs personnalisées comme 0.4 mm, car le stock de circuits imprimés correspondant pourrait ne pas être disponible pour la fabrication et la validation.

lPour les planches d'une épaisseur supérieure à 1.5 mm, pensez à utiliser des matériaux Wangling nationaux.

lLors de la conception de cartes multicouches, prêtez une attention particulière au coefficient de dilatation thermique (CTE) du substrat sur l'axe Z (mesuré en ppm/°C). En général, les substrats à constante diélectrique plus faible présentent un CTE plus élevé sur l'axe Z, ce qui peut entraîner des problèmes de fabrication s'ils sont combinés à d'autres matériaux. Pour les conceptions multicouches, il est préférable d'utiliser des substrats à Dk plus élevé et à CTE plus faible afin de réduire les taux de défauts.

Types de feuilles de cuivre : laminées ou électrolytiques

Aux fréquences millimétriques, la rugosité de la surface de la feuille de cuivre affecte considérablement les pertes conductrices des lignes de transmission. Selon le procédé de fabrication et les performances, les feuilles de cuivre pour circuits imprimés se divisent principalement en deux types : les feuilles de cuivre recuites laminées (RA) et les feuilles de cuivre électrolytiques (ED).

Feuille de cuivre recuite laminée (RA)

Produite par laminage et compression continus de lingots de cuivre pur, la feuille RA présente une surface très lisse et une rugosité extrêmement faible, ce qui lui confère une excellente conductivité. Elle est particulièrement adaptée à la transmission de signaux haute fréquence. Cependant, elle est généralement plus chère et présente certaines limites d'épaisseur.

Feuille de cuivre électrolytique (ED)

La feuille de cuivre ED est produite par galvanoplastie, ce qui lui confère deux faces : une lisse et une rugueuse. La face rugueuse permet l'adhésion de la feuille au substrat, tandis que la face lisse est utilisée pour le placage ou la gravure. La feuille de cuivre ED est plus abordable et couvre une plus large gamme d'épaisseurs. Cependant, sa rugosité de surface plus élevée entraîne des pertes conductrices plus importantes, ce qui la rend moins adaptée aux applications haute fréquence.

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