سرعت بالاPCB فرکانس بالاحامل اصلی برای انتقال سیگنال تجهیزات پیشرفته-مانند ایستگاه های پایه 5G، سرورهای هوش مصنوعی، رادار موج میلی متری روی وسیله نقلیه، ارتباطات ماهواره ای و غیره است. هدف اصلی ساخت آن دستیابی به تلفات سیگنال کم، تطابق امپدانس دقیق و یکپارچگی سیگنال بالا است. الزامات برای انتخاب مواد و کنترل فرآیند کامل بسیار بیشتر از مدارهای معمولی FR-4 است.
نکات اصلی انتخاب مواد
مواد مبنایی برای تعیین عملکرد بردهای مدار چاپی با سرعت-بالا و فرکانس بالا- هستند و انتخاب سیستماتیک باید حول سه بعد اصلی تکمیل شود: تلفات کم، پایداری بالا، و سازگاری فرآیند.
1. انتخاب بستر اصلی
خواص دی الکتریک زیرلایه به طور مستقیم کیفیت انتقال سیگنال را تعیین می کند و انتخاب باید از منطق چهار مرحله ای "سطح تعیین نرخ، پایداری تعیین محیط، سازگاری فرآیند تعیین ساختار و هزینه تعیین دسته" پیروی کند:
الزامات نشانگر اصلی: ثابت دی الکتریک (Dk) باید در محدوده 2.0 تا 4.0 پایدار باشد و نوسان باید کمتر از 0.05 ± در یک محدوده فرکانس و دما گسترده باشد. ضریب تلفات دی الکتریک (Df) زیر 0.002-0.005 در 10GHz است. میزان جذب آب کمتر از 0.02٪ است. ضریب انبساط حرارتی (CTE) با فویل مسی تقریباً 17 ppm / درجه مطابقت دارد.
سناریوهای اصلی سازگاری بستر:
سری PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن): مانند Rogers RO3000/4000، Taconic TLY، Df تا 0.0004، مناسب برای سناریوهای انتقال امواج میلی متری و سرعت فوق العاده بالای 56 گیگابیت بر ثانیه.
مواد کامپوزیت سرامیک هیدروژن کربن، مانند Rogers RO4350B، می توانند با FR-4 مخلوط شوند، عملکرد و هزینه پردازش را متعادل می کنند و انتخاب اصلی در باند فرکانس 10-30 گیگاهرتز هستند.
رزین اپوکسی اصلاح شده: مانند Panasonic Megtron سری Isola I-Tera MT40، مناسب برای سناریوهای با سرعت متوسط تا بالا 10-25Gbps، سازگار با فرآیندهای سنتی لحیم کاری بدون سرب.
اجتناب از انتخاب: برای جلوگیری از تضعیف شدید سیگنال در فرکانس‌های بالا، جایگزین کردن بسترهای فرکانس بالا با FR-4 معمولی اکیداً ممنوع است. برای جلوگیری از انحراف پارامتر دی الکتریک ناشی از پیری مواد، اصل اول ورود، اول خارج شدن از مواد را به شدت اجرا کنید.
2. انتخاب هادی های نگهدارنده و مواد کمکی
فویل مسی: فویل مسی فوق العاده کم پروفیل HVLP ترجیح داده می شود، با زبری سطح Rz زیر 2 میکرومتر کنترل می شود، که به طور قابل توجهی تلفات هادی فرکانس بالا ناشی از اثر پوستی را کاهش می دهد. لینک فوق العاده با سرعت بالا می تواند از مس نورد شده RA برای دستیابی به اثر سطح مس صاف نهایی استفاده کند.
درمان سطح: برای سناریوهای با فرکانس بالا، فرآیندهای رسوب نقره و ماسک لحیم آلی OSP برای جلوگیری از تلفات اضافی RF ایجاد شده توسط لایه نیکل رسوب طلا ENIG ترجیح داده می شود. فقط از فرآیند غوطه وری طلا در سناریوهای تقاضای جوشکاری با قابلیت اطمینان بالا استفاده کنید.
مقاومت لحیم کاری: برای جلوگیری از تلفات اضافی درج و تداخل در انتقال سیگنال ناشی از پوشاندن سیم کشی با مقاومت لحیم کاری معمولی، مقاومت لحیم کاری با فرکانس بالا{0} تخصصی را با Dk کم و Df پایین انتخاب کنید.
نقاط اصلی کنترل فرآیند کل
بازده تولید انبوه و ثبات عملکرد بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا-سرعت بالا-به کنترل دقیق انحصاری در کل فرآیند متکی است و الزامات دقت کنترل برای فرآیندهای اصلی بسیار بالاتر از بردهای مدار چاپی معمولی است.
1. فن آوری حفاری و حفاری پس زمینه
با استفاده از یک مته کاملاً جدید بدون سنگ زنی، جفت شده با صفحه پوشش آلومینیومی ضخیم و پد ملامینه{0} با چگالی بالا، با پارامترهای انحصاری "سرعت بالا، سرعت تغذیه کم"، زبری دیواره سوراخ به شدت در 20 میکرو متر کنترل می شود تا از پودر شدن و لایه برداری زیرلایه جلوگیری شود.
برای پرداختن به مشکل تداخل شمع باقیمانده سیگنال فرکانس بالا، از یک فرآیند حفاری پشتی دقیق برای کنترل دقت عمق در 4 میلی‌میل استفاده می‌شود که کاملاً از بین بردن جبران امپدانس و تداخل سیگنال ناشی از ستون‌های سوراخ اضافی استفاده می‌شود. این یک فرآیند ضروری برای بردهای مدار موج میلیمتری است.
خطای تراز بین لایه موقعیت سوراخ نباید از 0.05 میلی متر تجاوز کند تا از ناهنجاری های عملکرد الکتریکی ناشی از عدم تراز بین لایه ها جلوگیری شود. تخته با جذب رطوبت قوی باید بعد از سوراخکاری به مدت 4 ساعت در دمای 150 درجه پخته شود تا رطوبت از بین برود.
2. فرآیند متالیزاسیون سوراخ
بی اثری شیمیایی سطح زیرلایه‌های با فرکانس بالا-مانند PTFE بسیار قوی است و فرآیندهای رسوب مس معمولی نمی‌توانند به اتصال قابل اعتماد دست یابند، که بزرگترین مشکل در ساخت است:
با استفاده از فعال‌سازی پلاسما (ترکیب O2/CF4/N2) یا فرآیند فعال‌سازی محلول نفتالین سدیم، زنجیره‌های مولکولی خنثی روی سطح زیرلایه از بین می‌روند و نیروی پیوند بین لایه مس و بستر به 1.2-1.5N/mm افزایش می‌یابد.
غلظت محلول آبکاری مس را به درستی افزایش دهید، زمان واکنش را طولانی کنید، عملکرد اولتراسونیک سیم آبکاری مس را خاموش کنید، اطمینان حاصل کنید که ضخامت مسی دیواره سوراخ بزرگتر یا مساوی 25 میکرومتر است، نیاز ضخامت 20% استاندارد IPC کلاس 2 را برآورده کنید و از انبساط حرارتی دیواره Z{3} محور جلوگیری کنید.
3. فرآیند انتقال گرافیک و اچینگ
تلورانس عرض خط را در ± 2% به شدت کنترل کنید و از یک آینه صد برابر برای بررسی عرض خط و فاصله خط میکرواستریپ روی تخته اول استفاده کنید تا از دقت امپدانس اطمینان حاصل کنید.
سرعت اچ و یکنواختی را به دقت کنترل کنید تا از لبه های صاف و بدون سوراخ مدار اطمینان حاصل کنید و از تداخل ناشی از پراکندگی سیگنال جلوگیری کنید. مس باقیمانده در محدوده 2.54 میلی متر در اطراف خط میکرو نوار حکاکی شده باید کاملاً برداشته شود و خراش دادن مس باقی مانده با تیغه کاملاً ممنوع است.
اکثر ورق های PTFE پس از اچ کردن برای جلوگیری از آسیب به صافی سطح مس و ایجاد تلفات اضافی، از آسیاب کردن منع می شوند.
4. فرآیند چند لایه
کنترل دقیق سه پارامتر اصلی دما، فشار و زمان برای لمینیت، اطمینان از جریان چسب یکنواخت ورق نیمه پخت (ورق PP)، عدم وجود حباب یا لایه لایه شدن بین لایه ها، و کنترل تحمل ضخامت محیط در محدوده بسیار کوچک، به طور مستقیم از ثبات امپدانس اطمینان حاصل می کند.
تطابق CTE مواد مختلف باید برای ساختارهای فشار مختلط چند لایه بررسی شود تا از ترک دیوار سوراخ و شکست لایه لایه در طول فرآیندهای پرس و لحیم کاری مجدد جلوگیری شود. قبل از لمینیت ورق های PTFE باید به مدت 2 ساعت در دمای 150 درجه پخت شوند تا رطوبت آن گرفته شود و بعد از لمینت کف نکند.