20/09/22
Pendant des années, les concepteurs RF ont consacré beaucoup d’efforts à la recherche d’une alternative aux liaisons filaires pour une multitude de raisons. Dernièrement, ces efforts se sont intensifiés car nous travaillons à la mise en œuvre de conceptions à ondes millimétriques et tirons parti des avantages que ces petites ondes courtes avec leurs larges bandes de fréquences ont à offrir. D’une manière générale, d’énormes progrès ont été réalisés en matière de conception de circuits intégrés, de MMIC, de substrats haute performance, de processus de circuits intégrés à ondes millimétriques, de logiciels de simulation et d’équipements de test et de mesure. Mais lorsqu’il s’agit de connecter ces nouveaux composants entre eux, nous semblons coincés dans les années 70, comme si nous ajustions des antennes en oreilles de lapin sur un nouveau téléviseur à écran plat de 60 pouces – en pantalon à pattes d’éléphant.
Les dispositifs à ondes millimétriques (définis au sens large comme ceux de la gamme 20-300 GHz) offrent de gros avantages. En conséquence, les analystes industriels s’attendent à ce que le marché des ondes millimétriques connaisse une croissance de plus de 30 % par an au cours de la prochaine décennie. Bien entendu, la principale raison de cette croissance est l’élargissement de la bande passante. Jusqu’à présent, c’était comme si les autorités mondiales des télécommunications divisaient une tarte de 5 GHz pour des centaines d’enfants affamés : « Voici quelques mégahertz pour vous. Profitez-en ! Voulez-vous des restrictions supplémentaires sur le dessus ? » Mais maintenant, les autorités des télécommunications nous séduisent : « Regardez, si vous pouvez simplement faire fonctionner votre gadget à 66 GHz, je vous donnerai une part de 5 GHz. » Naturellement, ces nouvelles bandes larges et silencieuses offriront des gains géants en matière de taux de transmission de données et permettront la promesse de la 5G. Mais il y a d’autres avantages que des débits de données plus élevés. Des longueurs d’onde plus courtes signifient des antennes minuscules, donc des appareils miniatures pour les applications IoT et médicales. Les longueurs d’onde courtes permettent également des modèles de faisceau orientables et hautement collimatés. Les longueurs d’onde courtes agissent davantage comme la lumière visible, ce qui permet d’utiliser des dispositifs d’imagerie pour les applications médicales et de sécurité. Les bandes plus larges permettent un balayage de fréquence plus large, ce qui se traduit par des dispositifs radar beaucoup plus précis avec une plus grande portée pour les applications industrielles et automobiles. Maintenant que ces radars sont techniquement et économiquement réalisables, les gouvernements ont commencé à exiger leur adoption dans plusieurs applications automobiles pour améliorer la sécurité.
D’un point de vue RF, les fils de liaison fonctionnent bien pour les fréquences inférieures à 20 GHz, mais lorsque la fréquence augmente dans la région des ondes millimétriques, ces petits fils agissent comme des fermetures de voies d’autoroute, et de plus en plus de voitures font simplement demi-tour. La raison en est que les fils ont une inductance relativement élevée ; leur impédance est donc directement proportionnelle à la fréquence. Par exemple, à 10 GHz, un fil de 1 mm de long aura une impédance inductive (réactance) d’environ 50 Ω, mais à 77 GHz, cette charge passe à environ 400 Ω, ce qui perturbe le flux du signal et provoque la réflexion d’une grande partie du signal loin de sa destination.
Un certain nombre de groupes de recherche ont récemment publié des résultats très encourageants dans leur quête d’un remplacement des liaisons filaires pour les applications à ondes millimétriques. Par exemple, Franz Röhrl, Johannes Jakob, Werner Bogner, Robert Weigel et Stefan Zorn ont récemment publié dans l’International Journal of Microwave and Wireless Technologies que les liaisons imprimées par jet d’aérosol peuvent être plus performantes que les liaisons par fil dans la plage de 0 à 67 GHz. Vous pouvez accéder à leur travail ICI. Dans leur étude, des interconnexions imprimées par Aerosol Jet ont été produites à l’aide d’un substrat de PCB à faible coût, d’un remplissage d’espace époxy et d’une encre argentée imprimée par Aerosol Jet. Les pertes d’insertion ont été mesurées et comparées à celles d’un conditionnement traditionnel par fil.
Les auteurs indiquent que les pertes d’insertion sont inférieures de 6 % à 40 GHz par rapport aux liaisons filaires. En outre, leur procédé imprimé présente d’autres avantages, notamment le fait qu’un placage ENEPIG coûteux n’est pas nécessaire dans le procédé Aerosol Jet et que les exigences en matière de finition de la surface du substrat sont plus souples par rapport aux méthodes traditionnelles de liaison par fil.
Il existe d’autres groupes qui utilisent des interconnexions Aerosol Jet pour des applications à ondes millimétriques, à la fois pour des applications académiques et de production, que nous mettrons en évidence dans de futurs blogs. Un rapide survol de la littérature montre que Aerosol Jet est maintenant utilisé dans des applications à ondes millimétriques de 20 à 500 GHz. Nombreux sont ceux qui signalent que les pertes d’insertion des interconnexions Aerosol Jet sont comparables à celles des traces de cuivre gravées.
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