Hvad er vanskeligheden ved den blandede højfrekvente printproces? Hvordan kan Rogers+FR-4 presses godt?

I højfrekvente applikationer som 5G-basestationer, 77GHz millimeterbølgeradar, satellitkommunikation osv., er Rogers+fr4 hybrid blevet en industristandardløsning, der balancerer RF-ydeevne og omkostningskontrol. Ved kun at bruge Rogers i det højfrekvente signallag og fr4 i andre lag kan materialeomkostningerne reduceres med 30 % -70 %. Men blandet presning er ikke kun et spørgsmål om materialestabling, og procesudfordringerne som følge af forskellene i fysiske egenskaber mellem de to materialer gør det til en "touchstone" til at måle den tekniske styrke af højfrekvente pcb.producenter.

1, Hvad er vanskeligheden ved blandet trykproces? Fire centrale teknologiske flaskehalse

1.1 CTE-mismatch - grundårsagen til delaminering og vridning
Forskellen i termisk udvidelseskoefficient (CTE) er den grundlæggende modsætning i den blandede kompressionsproces, som direkte bestemmer den øvre grænse for pålideligheden af ​​den blandede kompressionsplade:

Kædesvigt forårsaget af CTE mismatch:

Mellemlagsdelaminering: Når spidstemperaturen for reflowlodning er 245-260 grader C, kan forskellen i Z-akseudvidelse mellem de to materialer nå op på ti mikrometer, og grænsefladeforskydningsspændingen kan nå 2-3MPa. Hvis bindingsstyrken er utilstrækkelig, kan delaminering udføres direkte

Revner af kobberhuller: Under termisk cykling koncentreres gentagne træktrykspændinger på hulvæggen, og kobberhuller med en tykkelse på 20-25 μm er tilbøjelige til mikrorevner i midten, hvilket fører til åbne kredsløb

Vridningsdeformation: Asymmetrisk stabling kan deformeres op til 1,2-2,5 mm/m, og vridningen af ​​0,1 mm tyk FR-4 blandet med PTFE kan overstige 1,9 cm, hvilket langt overstiger 0,75 %-kravet i IPC-6012-standarden

Impedanstrin: Når en signallinje krydser et medium, genereres en +7 Ω transient peak, hvilket forårsager signalrefleksion

Faktiske testdata: Efter termisk cykling ved -40 grader C~85 grader C kan delamineringshastigheden for den uoptimerede blandede trykplade nå 12%, og signalstabiliteten falder kraftigt med 25%.

Dilemmaet med pressetemperaturen forårsaget af forskellen i Tg 1.2
Den optimale kompressionstemperatur for fr4 er 170~185 grader C, og den skal tværbindes fuldstændigt og hærdes

Rogers RO4000-serien har en Tg på cirka 280 grader C og acceptabel temperaturkompatibilitet, men PTFE-materialer er tilbøjelige til let deformation ved høje temperaturer

Dilemma: For høj temperatur får Rogers til at deformere og miste kontrollen over limstrømmen; Hvis temperaturen er for lav, hærder det halvhærdede fr4-ark ikke tilstrækkeligt, og mellemlagets vedhæftning vil være utilstrækkelig

1.3 Dielektrisk konstant mismatch - impedansdiskontinuitetsproblem
Rogers RO4350B:Dk≈3,48,Df≈0,0037@10GHz

Standard FR-4: Dk ≈ 4,2~4,8, Df ≈ 0,018~ 0,025@10GHz

Under den samme linjebredde, når signalet krydser fra Rogers til fr4-området, kan impedansforskydningen nå flere ohm. Skift på tværs af lag af højfrekvente signallinjer kan forårsage alvorlig signalrefleksion og forringelse af indsættelsestab.

1.4 PTFE-materiale har ekstremt lav overfladeenergi - iboende mangel på bindingsstyrke
Overfladeenergien af ​​PTFE-baserede Rogers-materialer er kun 18-20 mN/m (fr4 er ca. 40-50 mN/m), og deres naturlige hydrofobicitet og kemiske inertitet fører til:

Dårlig vedhæftning til kobberfolie og halvhærdet plade

Når den ikke er aktiveret, er grænsefladeafskalningsstyrken meget lavere end den mellem fr4 lag

Under termisk chok er den tilbøjelig til delaminering, revner og kobberløsnelse i porerne

2, Hvordan kan Rogers+fr4 presses godt? Fuld procesteknologisk løsning
Trin 1: Materialevalg - Indsnævring af CTE-gabet fra kilden
Foretrukket 'blandbart' Rogers-materiale:

Foretrukne RO4000-serier: RO4350B, RO4003C, RO4835 er specielt designet til at blive blandet med fr4, med en X/Y-akse CTE på 10-14 ppm/grad C tæt på FR-4's 12-16 ppm/grad C

Optimal løsning til keramisk fyldning: Z--aksen CTE i RO4835 er 28 ppm/grad C, hvilket reducerer forskellen med høj Tg fr4 (25 ppm/grad C) til inden for 10 % og minimerer risikoen for termisk spændingsmismatch

PTFE-materiale skal bruges med forsigtighed: Hvis det er nødvendigt at bruge PTFE-substrater såsom RT/duroid 5880, skal RO4350B konfigureres på begge sider som et overgangslag for at danne en gradvis CTE-gradient

fr4 skal opgraderes til et materiale med høj Tg:

Ved at bruge lav CTE fr4 med Tg større end eller lig med 170 grader C kan Z--aksens CTE optimeres til 25-30 ppm/grad C

Det er forbudt at bruge almindelig Tg=130~140 grader C FR-4 til blandet kompression, da pålideligheden af ​​termisk cykling ikke kan garanteres

Trin 2: Stabledesign - Symmetri er en jernlov
Håndhævelse af 100 % spejlsymmetrisk stabling er den mest effektive måde at kontrollere vridning på:

Materialetypen, tykkelsen, kobbertykkelsen og PP-modellen af ​​de øvre og nedre dielektriske lag skal være fuldstændig symmetriske med PCB-midterlaget som symmetriaksen

Høj-lagene skal være symmetrisk arrangeret i par, og det er strengt forbudt kun at placere ét lag højfrekvent substrat på den ene side

Typisk 6-lags blandet trykstruktur eksempel:

TekstL1: RO4350B (høj-frekvent signallag) L2: PP (RO4450F) L3: høj Tg fr4 (formation) L4: høj Tg fr4 (effektlag) L5: høj Tg fr4 (formation) L6: PP (RO4450F) L7: RO4350B signallag ␆gh{150B (høj) symmetri med L1
Typisk 10 lags struktur: L1 (RO4350B)/L2 (PP)/L3-L8 (FR-4)/L9 (PP)/L10 (RO4350B)

Faktiske testresultater: Symmetrisk stabling kan reducere skævheden efter termisk cykling fra 1,2 % til inden for 0,5 %.