در کاربردهای فرکانس بالا مانند ایستگاههای پایه 5G، رادار موج میلیمتری 77 گیگاهرتز، ارتباطات ماهوارهای و غیره، راجرز + fr4 هیبریدی به یک راهحل استاندارد صنعتی تبدیل شده است که عملکرد RF و کنترل هزینه را متعادل میکند. با استفاده از Rogers فقط در لایه سیگنال فرکانس بالا و fr4 در لایههای دیگر، هزینههای مواد را میتوان تا 30% -70% کاهش داد. اما پرس مختلط صرفاً موضوع انباشته شدن مواد نیست، و چالشهای فرآیندی ناشی از تفاوت در خواص فیزیکی بین این دو ماده، آن را به یک "سنگ محک" برای اندازهگیری استحکام فنی PCB با فرکانس بالا تبدیل میکند.تولید کنندگان
1، دشواری فرآیند فشار مخلوط چیست؟ چهار گلوگاه فناوری اصلی
1.1 عدم تطابق CTE - علت اصلی لایه برداری و تاب برداشتن است
تفاوت در ضریب انبساط حرارتی (CTE) تضاد اساسی در فرآیند تراکم مخلوط است که به طور مستقیم حد بالایی قابلیت اطمینان صفحه فشرده سازی مخلوط را تعیین می کند:
| نوع مواد | Z{0}}CTE محور (ppm/درجه C) | محور X/Y-CTE (ppm/درجه C) | Tg (درجه) |
|---|---|---|---|
| استاندارد fr4 | 50~70 | 12~16 | 130~140 |
| Tg بالا fr4 | 25~30 | 12~16 | بزرگتر یا مساوی 170 |
| راجرز RO4350B | 32 | 10~12 | >280 |
| راجرز RO4003C | 46 | 11~14 | >280 |
| راجرز RO4835 | 28 | 10~12 | >280 |
| کلاس PTFE (RT/duroid 5880) | 200~300 | 50~100 | 327 |
شکست زنجیره ناشی از عدم تطابق CTE:
لایه لایه شدن بین لایه: هنگامی که دمای اوج لحیم کاری جریانی 245-260 درجه سانتیگراد است، اختلاف در انبساط محور Z بین دو ماده می تواند به ده ها میکرومتر برسد و تنش برشی سطحی می تواند به 2-3 مگاپاسکال برسد. اگر استحکام باند ناکافی باشد، لایه برداری می تواند مستقیما انجام شود
ترک خوردن سوراخهای مسی: در حین چرخه حرارتی، تنش فشاری مکرر بر روی دیواره سوراخ متمرکز میشود و سوراخهای مسی با ضخامت 20-25 میکرومتر در وسط مستعد ایجاد ریزترکهایی هستند که منجر به مدارهای باز میشوند.
تغییر شکل تاب خوردگی: انباشته شدن نامتقارن می تواند تا 1.2-2.5 میلی متر بر متر تاب بخورد، و تاب خوردگی 0.1 میلی متر ضخامت FR-4 مخلوط با PTFE می تواند بیش از 1.9 سانتی متر باشد که بسیار بیشتر از 0.75٪ نیاز استاندارد IPC-6012 است.
مرحله امپدانس: وقتی یک خط سیگنال از یک رسانه عبور می کند، یک پیک گذرا+7 Ω ایجاد می شود که باعث انعکاس سیگنال می شود.
داده های آزمایش واقعی: پس از چرخه حرارتی در -40 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد، نرخ لایه برداری صفحه فشار مخلوط بهینه نشده می تواند به 12٪ برسد و پایداری سیگنال به شدت 25٪ کاهش می یابد.
معضل فشار دادن دمای ناشی از اختلاف Tg 1.2
دمای فشرده سازی بهینه برای fr4 170 تا 185 درجه سانتیگراد است و نیاز به اتصال عرضی و پخت کامل دارد.
سری Rogers RO4000 دارای Tg تقریباً 280 درجه سانتیگراد و سازگاری با دمای قابل قبول است، اما مواد PTFE مستعد تغییر شکل جزئی در دماهای بالا هستند.
معضل: دمای بیش از حد باعث تغییر شکل راجرز و از دست دادن کنترل جریان چسب می شود. اگر دما خیلی پایین باشد، ورق نیمه پخت fr4 به اندازه کافی پخت نمی شود و چسبندگی بین لایه ها کافی نیست.
1.3 عدم تطابق ثابت دی الکتریک - مشکل ناپیوستگی امپدانس
Rogers RO4350B:Dk≈3.48,Df≈0.0037@10GHz
استاندارد FR-4: Dk ≈ 4.2 ~ 4.8 Df ≈ 0.018 ~ 0.025@10GHz
تحت همان عرض خط، وقتی سیگنال از راجرز به ناحیه fr4 می رسد، افست امپدانس می تواند به چندین اهم برسد. تغییر لایه متقاطع خطوط سیگنال با فرکانس بالا{2}}میتواند باعث انعکاس شدید سیگنال و از بین رفتن درج شود.
1.4 ماده PTFE دارای انرژی سطحی بسیار کم - عدم ذاتی استحکام پیوند است
انرژی سطحی مواد راجرز مبتنی بر PTFE تنها 20-18 میلی نیوتن بر متر است (fr4 حدود 50-40 میلی نیوتن بر متر است) و آب گریزی طبیعی و بی اثری شیمیایی آنها منجر به موارد زیر می شود:
چسبندگی ضعیف به فویل مسی و ورق نیمه پخت
هنگامی که فعال نمی شود، قدرت لایه برداری سطحی بسیار کمتر از بین لایه های fr4 است
تحت شوک حرارتی، مستعد لایه برداری، ترک خوردگی و جدا شدن مس در منافذ است.
2، چگونه می توان Rogers+fr4 را به خوبی پرس کرد؟ راه حل فناوری فرآیند کامل
مرحله 1: انتخاب مواد - باریک کردن شکاف CTE از منبع
مواد راجرز "میکس" ترجیحی:
سری ترجیحی RO4000: RO4350B، RO4003C، RO4835 به طور ویژه برای مخلوط شدن با fr4 طراحی شده اند، با محور X/Y CTE 10-14 ppm/درجه C نزدیک به FR-4 12-16 ppm/درجه C
راه حل بهینه برای پر کردن سرامیکی: CTE محور Z RO4835 28 ppm/درجه سانتیگراد است که اختلاف با Tg fr4 بالا (25ppm/درجه سانتیگراد) را تا 10% کاهش میدهد و خطر عدم تطابق تنش حرارتی را به حداقل میرساند.
مواد PTFE باید با احتیاط استفاده شوند: در صورت لزوم استفاده از بسترهای PTFE مانند RT/duroid 5880، RO4350B باید در هر دو طرف به عنوان یک لایه انتقال پیکربندی شود تا یک گرادیان تدریجی CTE را تشکیل دهد.
fr4 باید به مواد Tg بالا ارتقا داده شود:
با استفاده از CTE fr4 کم با Tg بیشتر یا مساوی 170 درجه سانتیگراد، CTE محور Z را می توان تا 25-30 ppm/درجه سانتیگراد بهینه کرد.
استفاده از Tg معمولی=130~140 درجه سانتیگراد FR-4 برای فشرده سازی مخلوط ممنوع است، زیرا قابلیت اطمینان چرخه حرارتی را نمی توان تضمین کرد.
مرحله 2: انباشتن طرح - تقارن یک قانون آهنین است
اعمال انباشته شدن متقارن آینه ای 100% موثرترین راه برای کنترل تاب برداشتن است:
نوع ماده، ضخامت، ضخامت مس و مدل PP لایه دی الکتریک بالایی و پایینی باید کاملاً متقارن باشد و لایه مرکزی PCB به عنوان محور تقارن باشد.
لایههای با فرکانس بالا-باید به طور متقارن به صورت جفت چیده شوند و قرار دادن تنها یک لایه از بستر فرکانس بالا در یک طرف اکیداً ممنوع است.
نمونه ساختار فشار مخلوط 6 لایه معمولی:
TextL1: RO4350B (لایه سیگنال با فرکانس بالا) L2: PP (RO4450F) L3: Tg fr4 بالا (شکل گیری) L4: Tg fr4 بالا (لایه قدرت) L5: Tg fr4 بالا (شکل گیری) L6: PP (RO4450Fgh4}Qu50B) L7: لایه) ← تقارن آینه با L1
ساختار 10 لایه معمولی: L1 (RO4350B)/L2 (PP)/L3-L8 (FR-4)/L9 (PP)/L10 (RO4350B)
نتایج آزمایش واقعی: انباشته شدن متقارن می تواند تاب خوردگی پس از چرخه حرارتی را از 1.2٪ به 0.5٪ کاهش دهد.