Circuit micro - ondes PCB

Un circuit micro - ondes est un circuit fonctionnant dans les bandes micro - ondes et millimétriques, intégré sur un substrat par des éléments passifs micro - ondes, des éléments actifs, des lignes de transmission et des interconnexions, et ayant certaines fonctions.

Les circuits micro - ondes sont divisés en circuits micro - ondes hybrides et circuits micro - ondes monolithiques. Un circuit micro - ondes hybride est un bloc fonctionnel qui utilise une technologie de film mince ou épais pour fabriquer un circuit micro - ondes passif sur un substrat adapté à la transmission de signaux micro - ondes. Ce circuit est conçu et fabriqué en fonction des besoins du système. Les circuits micro - ondes hybrides couramment utilisés comprennent divers circuits micro - ondes à large bande tels que des mélangeurs micro - bandes, des amplificateurs micro - ondes à faible bruit, des amplificateurs de puissance, des doubleurs de fréquence et des unités à matrice de phase. Les circuits hyperfréquences monolithiques sont des blocs fonctionnels qui utilisent la technologie planaire pour fabriquer directement des composants, des lignes de transmission et des lignes d'interconnexion sur un substrat semi - conducteur. L'arséniure de gallium est le matériau de substrat le plus couramment utilisé. Les circuits micro - ondes ont commencé dans les années 1950. Le développement de dispositifs à l'état solide micro - ondes est une raison importante pour laquelle la technologie des circuits micro - ondes est transformée en circuits planaires à partir de lignes coaxiales, de composants de guide d'onde et de leurs systèmes. Dans les années 1960 et 1970, des substrats en alumine et des techniques de films épais ont été utilisés; Les circuits intégrés monolithiques ont commencé à apparaître dans les années 1980.

Les circuits micro - ondes hybrides utilisent la technologie des films épais ou la technologie des films minces pour réaliser divers circuits fonctionnels micro - ondes sur un support adapté à la transmission de signaux micro - ondes, puis pour installer des éléments actifs discrets aux emplacements correspondents, formant des circuits micro - ondes. Les médias utilisés dans les circuits micro - ondes comprennent les céramiques à haute teneur en aluminium, les saphirs, le quartz, les céramiques de grande valeur et les médias organiques. Il existe deux types de circuits: les circuits microruban de paramètres de distribution et les circuits paramétriques agrégés. Les dispositifs actifs utilisent des dispositifs micro - ondes encapsulés, ou directement des puces. La caractéristique principale du circuit micro - ondes est la conception et la fabrication selon les exigences de la machine entière et la Division de la bande micro - ondes. La plupart des circuits intégrés utilisés sont dédiés. Les plus couramment utilisés sont les mélangeurs microbandes, les amplificateurs à faible bruit à micro - ondes, les amplificateurs de succès à micro - ondes, les oscillateurs intégrés à micro - ondes, les multiplicateurs de fréquence intégrés, les commutateurs microbandes, les unités de matrice de phase intégrées et divers circuits à large bande.

Un circuit micro - ondes monolithique est un circuit intégré dans lequel des circuits fonctionnels micro - ondes sont fabriqués par un procédé semi - conducteur sur une puce en matériau arséniure de gallium ou autre matériau semi - conducteur. Les circuits hyperfréquences en matériau silicium fonctionnant dans la bande de fréquences 300 - 3000 GHz peuvent être considérés comme une extension des circuits intégrés linéaires en silicium qui ne sont pas inclus dans les circuits hyperfréquences monolithiques.

Le procédé de fabrication d'un circuit hyperfréquence monolithique en arséniure de gallium est la formation d'une couche active sur une plaque monolithique semi - isolante en arséniure de gallium par croissance épitaxiale ou implantation ionique de silicium; Implantation d'oxygène ou de protons pour créer une couche isolante (ou d'autres ions adaptés pour créer une couche isolante); Injection de béryllium ou de zinc pour former une jonction PN; Préparation d'une barrière semi - conductrice métallique par évaporation par faisceau d'électrons; Réaliser des dispositifs actifs (tels que des diodes, des transistors à effet de champ) et des composants passifs (inductances, condensateurs, résistances et coupleurs de composants microruban, filtres, charges, etc.) et des schémas de circuits. La conception du circuit est également divisée en deux formes: les paramètres de concentration et les paramètres de distribution. Les paramètres distribués sont principalement utilisés dans les circuits de puissance et les circuits à ondes millimétriques. Par circuit à ondes millimétriques, on entend un circuit intégré fonctionnant dans la gamme de 30 à 300 gigahertz.

L'arséniure de gallium est mieux adapté que le silicium pour la fabrication de circuits hyperfréquences monolithiques (y compris les circuits ultra - rapides), principalement en raison de: 1. La résistivité du substrat semi - isolant en arséniure de gallium est jusqu'à 107 ½ 109 ohms.cm avec de faibles pertes de transmission par micro - ondes; 2. La mobilité électronique de l'arséniure de gallium est environ 5 fois supérieure à celle du silicium, la fréquence de fonctionnement est élevée et la vitesse est rapide; 3. Dispositif actif clé arséniure de gallium métal semi - conducteur transistor à effet de champ est un dispositif multifonctionnel avec de bonnes propriétés anti - rayonnement, de sorte que le circuit micro - ondes monolithique arséniure de gallium dans le radar à matrice de phase à l'état solide, équipement de contre - mesures électroniques, missiles tactiques, réception de satellite de télévision, communications micro - ondes, Ordinateurs ultra - rapides et traitement de l'information de grande capacité.

Les circuits micro - ondes monolithiques qui ont été développés avec succès et appliqués progressivement comprennent: un amplificateur monolithique micro - ondes intégré à faible bruit, une tête de récepteur monolithique de télévision par satellite, un amplificateur de puissance monolithique micro - ondes, un oscillateur monolithique contrôlé en tension micro - ondes, etc. Et une fonction de traitement de l'information pour les signaux micro - ondes. La plupart des circuits sont conçus selon les exigences de différentes machines complètes et les caractéristiques de la bande micro - ondes et sont très spécifiques.

Circuit micro - ondes PCB

Génération de circuits micro - ondes

"Circuit micro - ondes" a toujours été synonyme de "circuit de guide d'onde". Dès le début des années 1930, on s'est rendu compte que les guides d'ondes étaient des structures de transmission très utiles pour les fréquences micro - ondes. Les chercheurs ont depuis longtemps découvert qu'une petite partie d'un guide d'onde correctement modifié peut être utilisée comme dissipateur de chaleur ou comme feuille d'électroréactif. Comme les cavités résonantes et les antennes de cornet. Dans le développement des circuits de guide d'onde modernes, on s'est efforcé dès le départ de transmettre efficacement la puissance micro - onde de la source micro - onde à la ligne de transmission du Guide d'onde et de la récupérer efficacement en réception. Cela propose des modifications aux originaux correspondants de l'émetteur et du récepteur. Exigences élevées. Elle a ainsi conduit à l'apparition de composants tels que des détecteurs à ondes progressives, des longueurs d'onde et des charges terminales.

Le développement et l'application de la technologie des micro - ondes ont jeté les bases des circuits micro - ondes. Du principe de réflexion multiple discontinue initialement découvert et du principe de résonance de cavité correspondent, à l'utilisation de ces principes pour adapter l'alimentation micro - onde au Guide d'onde, à l'adaptation du Guide d'onde à un récepteur tel qu'un détecteur à cristal et à l'utilisation de ces dispositifs pour générer un certain signal de fréquence à travers un circuit électrique.

L'une des caractéristiques essentielles d'un circuit micro - ondes est d'ajuster ou d'accorder ses caractéristiques de manière empirique au moyen de vis et de diaphragmes (même de dimensions de compression) à l'intérieur du Guide d'ondes. Au début, ce n'était qu'une méthode d'essai et d'erreur, qui s'est ensuite développée dans ce qu'on appelle le "Wave Guide Engineering". C'est aussi depuis longtemps l'une des méthodes les plus utilisées dans l'ingénierie des micro - ondes.

Situation actuelle des circuits micro - ondes

Les circuits micro - ondes ont commencé avec les circuits micro - ondes tridimensionnels utilisés dans les années 1940. Il se compose d'une ligne de transmission de guide d'onde, d'un élément de guide d'onde, d'une Cavité résonnante et d'un tube à micro - ondes. Dans les années 1960, une nouvelle génération de circuits intégrés à micro - ondes est apparue, comprenant des dispositifs à semi - conducteurs, des techniques de dépôt de couches minces et des techniques de lithographie. En raison de sa petite taille, de son poids léger et de sa facilité d'utilisation, il est pleinement utilisé dans les armes, l'aérospatiale et les satellites.

Deux modes de transmission élémentaires sont couramment utilisés dans les circuits hyperfréquences, à savoir un guide d'onde et une ligne coaxiale en mode TEM. Les guides d'ondes sont caractérisés par une puissance élevée et de faibles pertes. Cette dernière caractéristique conduit à l'apparition de cavités à haute résonance Q. La ligne coaxiale a des propriétés intrinsèques de large bande, car il n'y a pas d'effet de dispersion. En outre, la notion d'impédance peut également être facilement expliquée dans la ligne coaxiale, ce qui simplifie le processus de conception de l'élément. Ces deux structures de transmission ont évolué pour devenir des éléments de circuits hyperfréquences importants, et l'utilisation combinée des deux permet d'obtenir des résultats inattendus.

Le circuit micro - ondes utilise une structure de transmission par ligne à ruban. La forme est la même que celle utilisée aujourd'hui. Il se compose de deux plaques diélectriques avec du métal à l'extérieur et d'un conducteur mince en forme de ruban. Avec l'avènement du stratifié revêtu de cuivre, la ligne de ruban a évolué en un processus de précision qui permet de calculer les performances à l'avance. La caractéristique la plus importante d'une structure de transmission à ruban est que son impédance caractéristique est contrôlée par la largeur du conducteur central à ruban. La caractéristique à deux bits de la structure du circuit à ruban permet d'interconnecter de nombreux composants sans casser le blindage des conducteurs externes, ce qui apporte également une grande flexibilité dans les positions d'entrée et de sortie. Grâce aux caractéristiques de couplage intrinsèques des deux conducteurs à ruban lorsqu'ils sont rapprochés l'un de l'autre, les lignes à ruban sont très commodes à utiliser dans des coupleurs de lignes parallèles.

Depuis 1974, la société américaine plessey a développé avec succès le premier amplificateur MMIC au monde en utilisant GaAs FET comme dispositif actif et un substrat semi - isolant GaAs comme porteur. Il a été utilisé dans des applications militaires (y compris les armes intelligentes, les radars, les communications et la guerre électronique, etc.). Sous l'impulsion du MMIC, le développement du MMIC a été très rapide. C'est l'émergence de la technologie de l'arséniure de gallium et les caractéristiques des matériaux à base d'arséniure de gallium qui ont contribué au passage d'un circuit hyperfréquence à un circuit hyperfréquence monolithique. Par rapport au circuit hybride hyperfréquence hmic de deuxième génération, le MMIC présente les avantages d'un encombrement réduit, d'une durée de vie plus longue, d'une fiabilité élevée, d'un faible bruit, d'une faible consommation d'énergie et d'une fréquence limite de fonctionnement plus élevée. Il a donc reçu une large attention.

L'apparition de circuits micro - ondes monolithiques a permis la réalisation de divers circuits micro - ondes. Ainsi, divers dispositifs MMIC ont connu des développements sans précédent, tels que les amplificateurs de puissance MMIC, les amplificateurs à faible bruit (LNA), les mélangeurs, les convertisseurs de fréquence, les oscillateurs commandés en tension (VCO), les filtres, etc., jusqu'au frontal MMIC et l'ensemble du système d'émission - réception. Les circuits intégrés monolithiques à micro - ondes ont de vastes perspectives d'application dans des domaines tels que les radars à matrice de phase à semi - conducteurs, les dispositifs de contre - mesures électroniques, les missiles tactiques, la réception de satellites de télévision, les communications à micro - ondes, les ordinateurs à très haute vitesse et le traitement de l'information à grande capacité.

À mesure que la technologie MMIC s'améliore et que la technologie des circuits intégrés multicouches progresse, les structures hyperfréquences multicouches tridimensionnelles utilisant des substrats multicouches pour réaliser presque tous les dispositifs passifs et les réseaux d'interconnexion de puces attirent de plus en plus l'attention. Et la technologie MCM (Multi - chip module) construite sur un substrat d'interconnexion multicouche rendra le système à ondes millimétriques micro - ondes moins encombrant.

Circuit micro - ondes PCB

Tendances du développement des circuits micro - ondes

1. Interconnexion et technologie de fabrication de circuits micro - ondes

La technologie des micro - ondes et les techniques d'interconnexion et de fabrication de circuits micro - ondes utilisant des fréquences supérieures à 1 GHz se sont rapidement développées et sont largement utilisées. Dans les systèmes d'information modernes et les appareils électroniques militaires tels que les radars, la navigation, les communications, etc., les circuits micro - ondes sont l '« aorte» de l'information à grande vitesse. Par conséquent, les circuits micro - ondes et leurs technologies de fabrication interconnectées sont une technologie clé importante pour le développement et la production de systèmes d'information et d'équipements électroniques militaires. Les technologies d'interconnexion et de fabrication de circuits micro - ondes comprennent: les matériaux de substrat de circuits micro - ondes et les technologies de fabrication, les technologies de conception et de fabrication de circuits micro - ondes, les technologies d'encapsulation et d'assemblage de dispositifs ou de composants micro - ondes, les technologies d'interconnexion et de Mise en service de composants ou de systèmes micro - ondes. Impliquant plusieurs disciplines telles que la microélectronique, la science des matériaux, la technologie appliquée par ordinateur, le génie électromécanique, etc.; C'est une science et une technologie multidisciplinaires et intégrées. Il se caractérise par un contenu technique élevé, une difficulté technique élevée, un développement rapide, un large champ d'application et des effets remarquables dans les systèmes d'information et les équipements électroniques militaires.

Avec le développement rapide de la technologie microélectronique, de la technologie des composants, de la science des matériaux, de la conception et de la fabrication assistées par ordinateur et d'autres technologies scientifiques, de nouvelles technologies d'interconnexion et de fabrication de circuits micro - ondes continuent d'émerger. Par example, les circuits intégrés micro - ondes multicouches et les circuits intégrés micro - ondes tridimensionnels (3dmmic), les lignes de transmission à faibles pertes et les circuits micro - ruban à film de blindage (SMM), les modules micro - ondes Multi - puces, les circuits micro - ondes, les technologies d'interconnexion et de fabrication de systèmes micro - électromécaniques (MEMS), les nouvelles technologies de PCB micro - ondes en résine, La nouvelle technologie de revêtement de protection de circuit micro - ondes, ainsi que la technologie de simulation de circuit 3D appliquée à la conception de circuit micro - ondes, la CAO de circuit micro - ondes basée sur des méthodes intelligentes et la technologie d'optimisation, etc.

2. Structure de bande interdite photonique du circuit micro - ondes

En 1987, yablonovitch a proposé la structure Sub - Bandgap (pbg), qui a d'abord été appliquée dans le domaine de l'optique et a été introduite dans la bande des micro - ondes au cours des dernières années, ce qui a attiré beaucoup d'attention. Lorsque les ondes électromagnétiques se propagent dans un matériau à structure périodique, elles seront modulées pour créer une bande interdite photonique. Lorsque la fréquence de fonctionnement de l'onde électromagnétique tombe dans la bande interdite, il n'y a pas d'état de transmission. L'application d'une structure de fente de sous - bande à une bande de fréquences micro - ondes permet d'éviter complètement la propagation d'ondes électromagnétiques dans une bande de fréquences particulière. Dans le même temps, la structure de bande interdite photonique modifie également la constante de propagation dans la bande passante, qui est une structure à ondes lentes. En raison des propriétés susmentionnées de la structure de bande interdite photonique, il est largement utilisé pour la réjection de bande, la suppression des harmoniques supérieures, l'amélioration de l'efficacité, l'augmentation de la bande passante et la réduction de la taille. La structure de bande interdite photonique peut prendre des substances métalliques, diélectriques, ferromagnétiques ou ferroélectriques implantées dans le matériau du substrat ou former directement des alignements périodiques de différents matériaux. Diverses structures de bande interdite de photons micro - ondes ont été proposées à la maison et à l'étranger, et se développent actuellement à partir d'une structure tridimensionnelle à une et deux structures dimensionnelles. En raison de la facilité de mise en œuvre et d'intégration, l'étude des structures de bande interdite photoniques a évolué dans le domaine de l'électronique et des communications. À l'heure actuelle, la forme de la cellule de la structure de bande interdite photonique, les conditions périodiques, la combinaison de divers corps de déformation de la structure périodique et le développement des matériaux sont tous des points chauds de recherche d'intérêt.

Les sous - cristaux sont des cristaux artificiels formés par arrangement périodique d'un milieu dans un autre. La caractéristique essentielle des cristaux photoniques est qu'ils ont une bande interdite photonique. Les ondes électromagnétiques dont la fréquence tombe dans la bande interdite sont interdites de propagation. Les propriétés uniques des cristaux photoniques ont d'abord été appliquées dans le domaine de l'optique, puis se sont rapidement étendues à d'autres domaines, et maintenant ils sont également étudiés et appliqués à la bande des micro - ondes. À l'heure actuelle, plusieurs structures de bande interdite de photons micro - ondes ont été proposées à la maison et à l'étranger. La structure originale de bande interdite de photons micro - ondes est composée d'un arrangement périodique de médias tridimensionnels. Comme le traitement et l'analyse des structures tridimensionnelles sont très complexes, la recherche et la production de structures à bande interdite de photons micro - ondes sont centralisées. Sur une structure plane. L'émergence de la structure de bande interdite photonique plane a changé les méthodes de conception traditionnelles, offrant de nouvelles voies pour la conception de circuits haute performance et haute intégration, ainsi qu'une révolution dans la conception de circuits intégrés micro - ondes. En raison de la flexibilité, de la facilité de mise en œuvre et de la facilité d'intégration de la structure à bande interdite plane mono - et bidimensionnelle, ils ont trouvé une large application dans les circuits micro - ondes et ont entraîné un développement plus rapide des circuits intégrés micro - ondes.

3. Commutateur de MEMS pour le circuit de micro - ondes

Selon la dernière définition de MEMS, il s'agit d'un dispositif miniaturisé ou d'un ensemble de dispositifs combinant des composants électriques et mécaniques qui peuvent être fabriqués en masse en utilisant la technologie IC. Bien qu'il y ait de grandes similitudes entre le processus de fabrication traditionnel de ci et le processus de fabrication de MEMS, le premier est une technologie plate et le second est une technologie tridimensionnelle. Les technologies de fabrication MEMS actuellement largement utilisées comprennent: la technologie de micro - usinage en phase de corps, la technologie de micro - usinage de surface, la technologie de micro - usinage par collage et la technologie Liga (lithographie électroformage).

Le commutateur est un élément clé de la conversion du signal micro - ondes. Par rapport aux interrupteurs à diode p2i2n traditionnels et aux interrupteurs FET, les interrupteurs rfmems actuels présentent des caractéristiques de micro - ondes supérieures et des avantages intrinsèques tels que la légèreté, la petite taille et la faible consommation d'énergie. Avec le développement de la technologie de fabrication de MEMS et de la théorie du processus, après avoir surmonté les inconvénients tels que la courte durée de vie de l'interrupteur MEMS et la faible vitesse de commutation, l'interrupteur rfmems obtiendra certainement un plus grand développement dans le système à micro - ondes. Actuellement, les commutateurs rfmems ont été utilisés dans les circuits frontaux, les groupes de condensateurs numériques et les réseaux déphasés de certains systèmes à micro - ondes.

4. Assemblage centralisé des circuits micro - ondes

Une autre tendance dans les circuits microruban est l'utilisation d'éléments collecteurs. Dans le passé, l'élément collecteur n'était pas utilisable pour des fréquences micro - ondes car ses dimensions étaient comparables à celles des longueurs d'onde micro - ondes. Avec le développement de la lithographie et de la technologie des films minces, les dimensions des éléments collecteurs (condensateurs, inductances, etc.) sont considérablement réduites, ce qui permet d'utiliser la bande J tout le temps. L'assemblage d'un élément collecteur avec un dispositif semi - conducteur sous forme de puce sur un substrat diélectrique est une toute nouvelle approche des circuits intégrés micro - ondes. Outre la réduction des dimensions, un autre avantage de l'élément collecteur est que certaines techniques très utiles et optimisées dans les circuits basse fréquence peuvent maintenant être utilisées directement dans le domaine des micro - ondes.

5. Planarisation bidimensionnelle des circuits micro - ondes

Outre l'élément collecteur et l'élément de ligne de transmission unidimensionnelle, certains ont proposé des éléments plans bidimensionnels pour circuits hyperfréquences. Un tel élément, compatible avec les lignes ruban et microruban, offre une alternative très utile à la conception des circuits micro - ondes.

Actuellement, il existe trois méthodes principales de mise en oeuvre de circuits planaires bidimensionnels: une structure ternaire, une structure ouverte et une structure à cavité. Il a l'avantage d'avoir un grand degré de liberté et une faible résistance d'entrée par rapport à un circuit de ligne à ruban. Il est plus facile à analyser et à concevoir qu'un circuit de guide d'onde. Avec l'aide de la puissance de calcul puissante d'un ordinateur à grande vitesse, il peut traiter n'importe quelle forme sur demande. Les circuits plats ont été analysés, améliorant considérablement l'efficacité du travail. Je crois que son application sera de plus en plus répandue dans un proche avenir.

6. MIC nouvelle génération

La nouvelle génération de MIC peut être un circuit intégré hyperfréquence monolithique sur substrat semi - conducteur. Les substrats semi - conducteurs utilisés sont du silicium à haute résistivité, de l'arséniure de gallium à haute résistivité et du silicium à faible résistivité avec une couche de silice. Il y a deux difficultés techniques. La première raison est qu'il n'y a pas de procédé de fabrication commun pour les différents dispositifs semi - conducteurs micro - ondes utilisés dans ceux - ci, et la seconde est que les éléments distribués passifs (segments de ligne de transmission) nécessitent une grande surface de substrat. Cependant, les tendances récentes suggèrent que le processus d'arséniure de gallium est la clé des circuits intégrés monolithiques à micro - ondes. Dans les amplificateurs analogiques à bande passante gigahertz et les circuits intégrés numériques à débit gigahertz, les transistors à effet de champ à semi - conducteur en métal arséniure de gallium (MESFET) domineront. Qu'il s'agisse d'un circuit intégré micro - ondes hybride ou monolithique, ses avantages sont sensiblement les mêmes que ceux des circuits intégrés basse fréquence, c'est - à - dire que le système est fiable et de faible encombrement. Dans les cas où un grand nombre de composants standardisés sont nécessaires, cela conduira finalement à une réduction des coûts. Tout comme les circuits intégrés basse fréquence, les MIC ont un potentiel énorme pour étendre les marchés existants et ouvrir de nombreux nouveaux usages, y compris un grand nombre de projets civils.

Les circuits micro - ondes évoluent à un rythme sans précédent. Avec la popularité de divers circuits intégrés, le développement des circuits micro - ondes aura certainement de belles perspectives. IPCB circuit Company est spécialisée dans la fabrication de circuits micro - ondes PCB. Si vous avez des questions, veuillez consulter IPCB.