Augstfrekvences lietojumos, piemēram, 5G bāzes stacijās, 77 GHz milimetru viļņu radaros, satelītu sakaros utt., Rogers+fr4 hibrīds ir kļuvis par nozares standarta risinājumu, kas līdzsvaro RF veiktspēju un izmaksu kontroli. Izmantojot Rogers tikai augstfrekvences signāla slānī un fr4 citos slāņos, materiālu izmaksas var samazināt par 30% -70%. Taču jauktā presēšana nav tikai materiālu sakraušanas jautājums, un procesa izaicinājumi, ko rada abu materiālu fizikālo īpašību atšķirības, padara to par "salīdzināšanas akmeni" augstfrekvences PCB tehniskās stiprības mērīšanai.ražotājiem.
1, Kādas ir jaukta spiediena procesa grūtības? Četri galvenie tehnoloģiskie trūkumi
1.1. CTE neatbilstība - atslāņošanās un deformācijas galvenais iemesls
Termiskās izplešanās koeficienta (CTE) atšķirība ir galvenā pretruna jauktās saspiešanas procesā, kas tieši nosaka jauktās kompresijas plāksnes uzticamības augšējo robežu:
| Materiāla veids | Z-ass CTE (ppm/°C) | X/Y-ass CTE (ppm/°C) | Tg ( grāds ) |
|---|---|---|---|
| Standarta fr4 | 50~70 | 12~16 | 130~140 |
| Augsts Tg fr4 | 25~30 | 12~16 | Lielāks vai vienāds ar 170 |
| Rodžers RO4350B | 32 | 10~12 | >280 |
| Rodžers RO4003C | 46 | 11~14 | >280 |
| Rodžers RO4835 | 28 | 10~12 | >280 |
| PTFE klase (RT/duroid 5880) | 200~300 | 50~100 | 327 |
Ķēdes kļūme, ko izraisa CTE neatbilstība:
Starpslāņu atslāņošanās: ja atkārtotas plūsmas lodēšanas maksimālā temperatūra ir 245{1}}260 grādi C, starpība Z ass izplešanās starp abiem materiāliem var sasniegt desmitiem mikrometru, un saskarnes bīdes spriegums var sasniegt 2–3 MPa. Ja saistīšanas stiprība nav pietiekama, atslāņošanos var veikt tieši
Vara caurumu plaisāšana: termiskās cikla laikā atkārtots stiepes spiedes spriegums tiek koncentrēts uz cauruma sieniņu, un vara caurumos, kuru biezums ir 20-25 μm, vidū ir mikroplaisas, kas noved pie atvērtām ķēdēm.
Izliekuma deformācija: asimetriska sakraušana var deformēties līdz 1,2–2,5 mm/m, un 0,1 mm bieza FR-4 deformācija, kas sajaukta ar PTFE, var pārsniegt 1,9 cm, ievērojami pārsniedzot IPC-6012 standarta prasību par 0,75%.
Impedances solis: kad signāla līnija šķērso vidi, tiek ģenerēts +7 Ω pārejošs maksimums, izraisot signāla atstarošanu.
Faktiskie testa dati: pēc termiskās cikla -40 ° C ~ 85 ° C neoptimizētās jauktās spiediena plāksnes atslāņošanās ātrums var sasniegt 12%, un signāla stabilitāte strauji samazinās par 25%.
Presēšanas temperatūras dilemma, ko izraisa Tg starpība 1.2
Optimālā fr4 saspiešanas temperatūra ir 170–185 grādi C, un tai ir jābūt pilnībā sasaistītai un sacietētai.
Rogers RO4000 sērijas Tg ir aptuveni 280 ° C un pieņemama temperatūras savietojamība, bet PTFE materiāli ir pakļauti nelielai deformācijai augstā temperatūrā.
Dilemma: pārmērīga temperatūra liek Rodžersam deformēties un zaudēt kontroli pār līmes plūsmu; Ja temperatūra ir pārāk zema, fr4 daļēji sacietējusi loksne netiks pietiekami sacietējusi un starpslāņa adhēzija būs nepietiekama
1.3. Dielektriskās konstantes neatbilstības - pretestības pārtraukuma problēma
Rodžers RO4350B: Dk≈3,48, Df≈ 0,0037@10GHz
Standarta FR-4: Dk ≈ 4,2–4,8, Df ≈ 0,018–0,025 @ 10 GHz
Tajā pašā līnijas platumā, kad signāls no Rodžersa šķērso fr4 reģionu, pretestības nobīde var sasniegt vairākus omi. Augstfrekvences signālu līniju pārslēgšana starp slāņiem var izraisīt spēcīgu signāla atstarošanu un ievietošanas zuduma pasliktināšanos.
1.4. PTFE materiālam ir ārkārtīgi zema virsmas enerģija -, kas raksturīgs saistīšanas stiprības trūkumam
Uz PTFE bāzes izgatavotu Rodžersa materiālu virsmas enerģija ir tikai 18-20 mN/m (fr4 ir aptuveni 40-50 mN/m), un to dabiskā hidrofobitāte un ķīmiskā inerce izraisa:
Slikta saķere ar vara foliju un daļēji sacietējušu loksni
Ja tas nav aktivizēts, saskarnes lobīšanās stiprums ir daudz zemāks nekā starp fr4 slāņiem
Termiskā šoka ietekmē tas ir pakļauts atslāņošanās, plaisāšanas un vara atslāņošanās porās
2, Kā var labi nospiest Rogers+fr4? Pilna procesa tehnoloģiskais risinājums
1. darbība. Materiāla izvēle - CTE starpības samazināšana no avota
Vēlamais "jauktais" Rodžersa materiāls:
Vēlamā RO4000 sērija: RO4350B, RO4003C, RO4835 ir īpaši izstrādāti sajaukšanai ar fr4, ar X/Y ass CTE 10-14 ppm/grādi C tuvu FR-4 12-16 ppm/grādi C.
Optimāls risinājums keramiskajam pildījumam: RO4835 Z-ass CTE ir 28 ppm/grādi C, kas samazina atšķirību ar augstu Tg fr4 (25 ppm/grādi C) līdz 10% robežās un samazina termiskā sprieguma neatbilstības risku.
PTFE materiāls jālieto piesardzīgi: ja ir nepieciešams izmantot PTFE substrātus, piemēram, RT/duroid 5880, RO4350B abās pusēs ir jākonfigurē kā pārejas slānis, lai veidotu CTE pakāpenisku gradientu.
fr4 ir jājaunina uz materiālu ar augstu Tg:
Izmantojot zemu CTE fr4 ar Tg, kas ir lielāks vai vienāds ar 170 grādiem C, Z-ass CTE var optimizēt līdz 25-30 ppm/grādi C
Jauktai kompresijai aizliegts izmantot parasto Tg=130~140°C FR-4, jo nevar garantēt termiskās cikla uzticamību.
2. darbība. Salikšanas dizains - Simetrija ir dzelzs likums
100% spoguļsimetriskas sakraušanas ieviešana ir visefektīvākais veids, kā kontrolēt deformāciju:
Augšējā un apakšējā dielektriskā slāņa materiāla veidam, biezumam, vara biezumam un PP modelim jābūt pilnīgi simetriskam, un PCB centrālais slānis ir simetrijas asi.
Augstfrekvences{0}}slāņiem ir jābūt simetriski izvietotiem pa pāriem, un ir stingri aizliegts vienā pusē novietot tikai vienu augstfrekvences substrāta slāni
Tipisks 6 slāņu jaukta spiediena struktūras piemērs:
TekstsL1: RO4350B (augstas-frekvences signāla slānis) L2: PP (RO4450F) L3: augsts Tg fr4 (veidošanās) L4: augsts Tg fr4 (jaudas slānis) L5: augsts Tg fr4 (veidojums) L6: PP (RO4450F) L7: RO43frequence} slānis ← Spoguļa simetrija ar L1
Tipiska 10 slāņu struktūra: L1 (RO4350B)/L2 (PP)/L3-L8 (FR-4)/L9 (PP)/L10 (RO4350B)
Faktiskie testa rezultāti: Simetriska sakraušana var samazināt deformāciju pēc termiskās cikla no 1,2% līdz 0,5%.