Substrats pour circuits-imprimés
 Par Michel Vonlanthen HB9AFO
 

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Le tableau ci-dessous résume les caractéristiques principales des substrats les plus courants. Il en ressort que les plus couramment utilisés sont:
  • Le FR4 1.5 mm jusqu'à 6 GHz
  • Le FR4 0.8 mm jusqu'à 10 GHz (filtre non imprimés)
  • Le RO4003 0.8 mm jusqu'à 10 GHz (filtres imprimés)
  • Le RT5780 0.25mm jusqu'à 24 GHz

(adapté en 2014)

Nom Matériau Epaiss.
(mm)
Fmax
(
GHz)
Constante diélectrique Facteur de perte Larg piste
50 Ω (mm)
Fournisseur Exemples, remarques
FR4 époxy 1.5 5.7GHz 4.6
3.9/2GHz
0.84 2.8  Reichelt (DL)
Distrelec (HB)
1) OK -> 5.7 GHz
5.7 GHz Conv de DF9CR (AGAF No123)
FR4 époxy 0.8 10GHz 4.7 0.0197 1.5 CIF (F)

Radiospares
100x160 
= 6.11 €

2) OK -> 10 GHz low Q
Utilisé par F6BVA (10 GHz = pertes mais utilisable). Trcv 5.6 GHz de F1OPA.
Trcv 1.3 à 10 GHz de S53MV (Dubus 3/97).
Perte=0.2dB/cm à 5.7GHz (3 x perte du verre-téflon et 10 x câble semi-rigide).
High Q impossible > 2GHz mais low Q OK.
Multiplicateur 10 GHz de F6BVA (4/2001)

Er=4.6 H=0.8 T=0.018 RHO=0.844 TAND=0.02
Er: Permittivité relative / H: Epaisseur du PCB (jusqu'à la couche de masse!) / T: Thickness (épaisseur du cuivre) / RHO: Conductivité relative à l'Or / TAND: Tangente delta (angle de perte) / Dimensions de H et T en mm (de HB9VJV)

RO4003 Tissus verre 0.81 10GHz 3.4
+/-0,04
0.0020 . Eisch (DL)
No 1006003
0,15 €/cm²
non photos.
3) OK -> 10 GHz high Q
Trcv 5.7 et 10GHz, préampli 2400 de DB6NT. Plus de pertes que le 5880 selon lui.
Trcv 10 GHz de I2SG.
FR4 époxy 0.4 10GHz 4.7 0.0197 . CIF (F) Utilisé par F6BVA (10 GHz: pertes mais utilisable)
Ultralam 2000 Tissus verre téflon 0.79 . 2.5
+/-0,02
0.0019 . Eisch (D L)
No 1006001
0,15 €/cm²
non photos.
.
RT/Duroid
5870
Micro fibre de verre 0.79 . 2.33 0.0012 . Eisch (DL)
No 1006002
0,20 €/cm²
non photos.
Barend (NL)
PA 20W 10 GHz de DJ9BV.
Multiplicateur 10 GHz de F6BVA (7/2000).
RT/Duroid
5880
Micro fibre de verre 1.58 . 2.20 0.0009 . Barend (NL) Faibles pertes à 10 GHz (meilleur que RO4003) selon DB6NT.
RT/Duroid
5890
Micro fibre de verre 0.635           Trcv 5.7 GHz de I2SG.
RT
5780
  0.25 24GHz         Préampli et Trcv 24 GHz de CT1DMK.
RT/Duroid
5880
Micro fibre de verre 0.254 24GHz         Préampli 24 GHz de F6BVA/F6DER 
(RadioRef No 740 de jan 2002)

 

Choix du substrat

Michel F6BVA:
il est certain que concevoir un filtre sur 10 GHz sur de l'époxy est loin d'être la solution idéale (c'est le moins que l'on puisse dire!) mais les simulations le montrent très bien, il n'y a pas réellement de grosses surprises. Pour ma part l'époxy que j'utilise est du 0.4mm ou du 0.8mm de France C.I. (commercialisé par R.S ) Le fabricant m'a donné un Er de 4,7 et une tangente Delta de 0,0197, ce sont les chiffres que j'utilise dans les simulations et encore une fois les résultats sont très cohérents avec les calculs. Il est absolument certain que si vous souhaiter réaliser un filtre de 200 MHz de large à 10 GHz avec moins de 2 dB de perte, il faudra passer par du téflon, mais quand on n'a que des lignes de transmission, quelques chokes et quelques découplages à réaliser en micro-strip, l'époxy marche encore très bien sur 10 GHz, il est très facile à approvisionner et nettement moins cher que le téflon, il serai bien dommage que la communauté radio amateur s'en prive complètement.

 

Dominique F6DRO:
Er très variable va de 4.25 (mesuré) à pratiquement 5. Pour la conductibilité, elle est généralement exprimée sous forme relative, c'est à dire par rapport à celle de l'argent (logiciels HP ou EESOF), on rentre donc le chiffre de 0.84. D'expérience, les pertes par rayonnement sont plus importantes que les pertes par conduction ce qui fait que les simulations qui n'en tiennent pas compte sont généralement dans les choux (pertes d'insertion de filtres microstrip par exemple). On peut s'en tirer en rentrant un chiffre de conductibilité beaucoup plus faible que la réalité. Autre pb de l'époxy, l'épaisseur du substrat n'est pas garantie, ce qui peut avoir une influence importante sur les résultats. 

 

S53MV:
Les perte, avec du FR4, dépendent peu du diélectrique mais surtout de la jonction époxy-cuivre ("rugosité" ?). Il a utilisé du FR4/0.8mm jusqu'à 10 GHz.

 

Yves HB9VJV:
L'épaisseur du substrat est à choisir de façon à minimiser la longueur de la self constituée par le via des points de masse des MMIC (fils ou rivets de liaison entre les deux couches du C-I situés aux 2 points de masse des MMIC). Plus le substrat est épais, plus cette self est élevée.

 

 

Michel Vonlanthen HB9AFO 
et de nombreux participants à la liste Hyper (tous ne sont pas cités)
Février 2002 (adapté en 2014)

 

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