Le diélectrique n'est pas du FR-4
Un circuit flexible est réalisé sur un film de polyimide avec un système adhésif et une couche de recouvrement, et non sur de l'époxy renforcé de fibres de verre sous un masque imprimé. Trois conséquences en découlent pour la conception à haute vitesse.
Absence de tissage de fibres de verre. Le FR-4 contient des faisceaux de fibres de verre tissés dont la constante diélectrique diffère de celle de la résine qui les sépare, ce qui provoque un décalage et une ondulation d'impédance sur les paires différentielles. Le film de polyimide étant homogène, ce problème disparaît – un des rares cas où la conception de circuits flexibles est plus simple que celle de circuits rigides.
Diélectrique mince, pistes étroites. Un noyau de 25 µm place le plan de référence très près du signal, ce qui implique qu'une piste de 50 Ω est étroite – souvent proche de la limite de procédé de 0,05 mm (0,002 pouce). Le concepteur a moins de latitude pour optimiser la largeur au détriment de l'impédance, et la tolérance sur l'épaisseur du film et de l'adhésif est plus critique que pour un noyau rigide épais.
Couche de recouvrement plutôt que masque. La couche de recouvrement est un film laminé adhésif. L'isolant au-dessus de la piste est donc plus épais et moins uniforme qu'avec un masque imprimé. Cela influe sur l'impédance et explique pourquoi les ouvertures de la couche de recouvrement sont dimensionnées de manière généreuse.
Les pertes sont inhérentes à la fabrication
Deux mécanismes de perte prédominent aux débits multi-gigabits : la dissipation diélectrique et la rugosité du cuivre. Le polyimide et les couches adhésives dissipent davantage que le PTFE et les laminés hydrocarbonés utilisés pour les cartes rigides haute fréquence, et les films flexibles ne sont pas toujours suffisamment fins pour minimiser les pertes à haute vitesse.
Cela n'exclut pas l'utilisation de films flexibles pour les applications haute vitesse, mais empêche de reproduire une structure rigide sur un film flexible en espérant obtenir les mêmes performances. Lorsque les pertes sont importantes, la fabrication est modélisée avec le film, l'adhésif et le cuivre réels, et le résultat est comparé au bilan énergétique du canal, connecteurs et câble inclus.
Le pli est une discontinuité
Un coude modifie l'espacement entre le signal et sa référence, et peut modifier la géométrie diélectrique locale. Dans un coude statique, il s'agit d'une discontinuité d'impédance fixe ; dans un coude dynamique, il s'agit d'une discontinuité mobile.
Règles pratiques :
Évitez de faire passer les pistes à haut débit dans la zone de coude lorsque la configuration le permet, et faites-les passer perpendiculairement au coude lorsque ce n'est pas possible.
Maintenez un plan de référence continu sous le signal, y compris au niveau du coude, même si cela implique une fine couche de cuivre plutôt qu'un plan complet.
Considérez le connecteur à chaque extrémité comme faisant partie du canal ; la nappe flexible elle-même est souvent l'élément le moins dissipatif du trajet.
Quand passer à une nappe rigide-flexible ?
Si la section à haut débit nécessite plusieurs couches, une impédance contrôlée sur plusieurs d'entre elles et une zone de connecteur rigidifiée, une construction rigide-flexible conserve le routage dense sur FR-4 et n'utilise le polyimide que là où la géométrie doit être modifiée. L'impédance est maintenue à ±10 % sur les deux, et la page de capacités indique les plages d'épaisseur et de cuivre.
