Avec le développement rapide des produits électroniques, le marché exige des performances de plus en plus élevées pour les circuits imprimés flex-rigides (PCB, printed circuit board) et les circuits imprimés à impédance contrôlée, tout en imposant des exigences de plus en plus strictes. Le principal problème rencontré par les circuits imprimés flex-rigides avec exigence d’impédance réside dans une grande différence entre la valeur mesurée et la valeur de conception, pouvant dépasser 20 Ω, ce qui entraîne l’échec de la compensation de conception et rend le contrôle de fabrication difficile. Cet article traite principalement de la manière de satisfaire à une précision rigoureuse du contrôle d’impédance du point de vue de la conception de PCB et se veut utile au personnel travaillant dans l’industrie de fabrication de circuits imprimés.
Les principaux éléments influençant l’impédance incluent la constante diélectrique, l’épaisseur du milieu, la largeur de la piste et l’épaisseur du cuivre.
Sur la base de l’analyse de section, lorsque des données de section pratiques sont appliquées dans les modules, l’écart entre la valeur calculée et la valeur mesurée en pratique obtenue par l’instrument d’impédance se situe dans une plage de 14 Ω à 33 Ω, comme résumé dans le tableau suivant.
|
Valeur théorique (Ω)
|
Valeur mesurée (Ω)
|
Différence (Ω)
|
| 113 |
143 |
30 |
| 109 |
134 |
25 |
| 95 |
112 |
17 |
| 93 |
107 |
14 |
| 120 |
153 |
33 |
| 110 |
139 |
29 |
| 96 |
119 |
23 |
| 95 |
116 |
21 |
| 125 |
153 |
28 |
| 110 |
141 |
31 |
| 100 |
123 |
23 |
| 90 |
110 |
20 |
| 124 |
151 |
27 |
| 112 |
137 |
25 |
| 104 |
123 |
19 |
| 95 |
113 |
18 |
Sur la base de la différence démontrée ci-dessus, l’écart entre la valeur théorique et la valeur mesurée est trop important, probablement pour les raisons suivantes :
Lors de la conception technique, l’accès est incorrectement remplacé par un paramètre logiciel.
Conformément aux facteurs affectant l’impédance et les données de section transversale, peut-être que seule la constante diélectrique conduit à un accès inexact. Sur la base du concept combiné de constante diélectrique, il peut être connu que la constante diélectrique deMatériau de substrat de PCBest un résultat global de la constante diélectrique du matériau diélectrique dans le matériau de substrat, qui peut être approximativement indiqué par la somme pondérée de la constante diélectrique de la résine dans le matériau diélectrique et de la constante diélectrique du matériau de renforcement. En ce qui concerne le matériau flexible, cependant, il est composé d’adhésif et de PI (polyimide). Ainsi, la constante diélectrique du matériau flexible est la constante diélectrique globale de l’adhésif et du PI.
La conception du module de mesure est incorrecte par rapport au PCB
Pendantconception d’impédanceDans le processus de mesure de ligne d’impédance, il est généralement nécessaire de concevoir une ligne de transmission et un plan de référence, et il faut garantir qu’une certaine distance soit maintenue entre le bord en cuivre du plan de référence et la ligne d’impédance. En ce qui concerne cette situation, la distance n’est que de 0,5 mm, ce qui peut être trop faible, conduisant à ignorer complètement ce plan de référence.
• Schéma expérimental
Étape 1 : les données d’ingénierie sont conçues pour vérifier respectivement :
i. Influence du cuivre de transmission en feuille sur l’impédance lorsqu’il est ajouté ou non au module de mesure.
ii. Quelle est l’influence de la distance entre le bord du cuivre et la ligne d’impédance sur l’impédance dans le module de mesure ? La distance horizontale entre le bord de conception et la ligne d’impédance est respectivement de 0,5 mm et 4,5 mm.
iii. La conception du module de mesure détermine l’influence du plan de référence de grille et du plan de référence en feuille de cuivre sur l’impédance.
Étape 2 : Le circuit flexible est fabriqué et l’impédance du circuit flexible est mesurée.
Étape 3 : L’accès à la section transversale est remplacé par l’impédance théorique du calcul du module et déterminé en fonction de la constante diélectrique globale du matériau diélectrique, de sorte que les erreurs provoquées par l’accès puissent être éliminées.
Étape 4 : Des conclusions peuvent être tirées par la comparaison des données : méthode d’accès aux paramètres et réglementations de conception du module de mesure.
• Résultat expérimental
1)Conformément au schéma expérimental avec et sans ajout de feuille de cuivre de transmission au module de mesure, les données de mesure initiales indiquent que l’impédance entraîne une différence très faible entre l’ajout ou non de la feuille de cuivre de transmission. Par conséquent, il peut être conclu que l’ajout ou non de la feuille de cuivre de transmission n’a aucune influence sur l’impédance.
2)Conformément au schéma expérimental conçu en fonction de la distance entre le bord du cuivre du plan de référence et la ligne d’impédance, la différence d’impédance est si faible qu’il peut être conclu que la distance entre le bord du cuivre du plan de référence et la ligne d’impédance n’a aucune influence sur l’impédance.
3)Conformément au schéma expérimental conçu sur la base de la grille et du module en feuille de cuivre prévus pour le plan de référence du module de mesure, il peut être conclu que l’impédance sera fortement influencée lorsque le plan de référence du module de mesure est conçu sous forme de feuille de cuivre et de grille.
4)Conformément au schéma expérimental concernant différentes largeurs de pistes, des grilles et des modules en feuille de cuivre de différentes tailles, on peut conclure que lorsque la grille est conçue comme plan de référence, elle est liée au taux résiduel de cuivre. Plus le taux résiduel de cuivre est élevé, plus la différence avec la feuille de cuivre sera faible. Plus le taux résiduel de cuivre est faible, plus la différence avec la feuille de cuivre sera élevée. Par conséquent, lorsque la grille est utilisée comme plan de référence, le cuivre doit être déposé à l’emplacement de référence de manière compatible avec la position de la ligne d’impédance.
5)Conformément au module de mesure de conception pratique, l’accès à la section transversale est remplacé par le module afin de déterminer l’impédance théorique, qui est ensuite comparée à l’impédance mesurée en pratique. Étant donné que le matériau flexible est composé d’adhésif et de PI, la constante diélectrique du matériau flexible doit être une constante diélectrique globale des deux constituants, ou bien une constante diélectrique unique est obtenue par l’application d’un logiciel de calcul d’impédance. Sur la base des résultats expérimentaux précédents, on peut conclure que la constante diélectrique du PI est de 2,8 tandis que celle de l’adhésif est de 3,5. Par conséquent, lorsque les données sont introduites dans le logiciel pour le calcul, la précision de la constante diélectrique sera vérifiée.
Considération n°1 : Le plan de référence doit être le plan de référence de la grille et le plan de référence en feuille de cuivre.
Sur la base des résultats expérimentaux énumérés ci-dessus, il peut être conclu que la conception d’ingénierie basée sur un plan de référence en feuille de cuivre est capable de satisfaire l’exigence d’impédance des circuits imprimés flex-rigides. Lorsqu’un plan de référence en grille est conçu, plus la grille est grande, plus la différence générée entre l’impédance de la grille pour le taux résiduel minimal de cuivre et l’impédance de la feuille de cuivre sera importante, tandis que plus la grille est petite, plus la différence générée entre l’impédance de la grille pour le taux résiduel maximal de cuivre et l’impédance de la feuille de cuivre sera faible.
En conclusion, la conception de la grille en tant que plan de référence est étroitement liée à la taille de la grille, c’est-à-dire au taux résiduel de cuivre. Plus le taux résiduel de cuivre est élevé, plus la différence entre celui-ci, l’impédance du cuivre en feuille et les données de conception théoriques sera faible. Plus le taux résiduel de cuivre est faible, plus la différence entre celui-ci, l’impédance du cuivre en feuille et les données de conception théoriques sera grande. Par conséquent, lorsque la grille est choisie comme plan de référence, le cuivre doit être déposé sur le plan de référence de manière compatible avec la position de la ligne d’impédance correspondante.
Considération n°2 : L’impédance du circuit imprimé flexible-rigide doit être conçue en fonction de l’ajout de fonctionnalités du logiciel de calcul d’impédance.
Comparé aux logiciels ordinaires de calcul d’impédance, les logiciels de calcul d’impédance dotés de fonctionnalités supplémentaires intègrent une fonction d’acquisition d’accès pour chaque couche de milieu et offrent une plus grande précision en matière d’acquisition d’accès. De plus, ils permettent de simuler plus facilement les situations réelles et sont plus pratiques à utiliser pour la conception en ingénierie.
Considération n°3 : La constante diélectrique de chaque couche individuelle est obtenue sur un circuit imprimé flex-rigide.
Il peut être vérifié sur la base d’expériences à grande échelle que la constante diélectrique du PI est de 2,8, tandis que celle de l’adhésif est de 3,5, ce qui peut servir de référence aux concepteurs de circuits imprimés flex-rigides. Le calcul théorique des données, fondé sur l’utilisation d’un logiciel de calcul d’impédance doté de fonctions supplémentaires, est capable de répondre aux exigences des clients de circuits imprimés flex-rigides.
