I høyfrekvente applikasjoner som 5G-basestasjoner, 77GHz millimeterbølgeradar, satellittkommunikasjon, etc., har Rogers+fr4 hybrid blitt en industristandardløsning som balanserer RF-ytelse og kostnadskontroll. Ved å bruke Rogers kun i høyfrekvente signallag og fr4 i andre lag, kan materialkostnadene reduseres med 30 % -70 %. Men blandet pressing er ikke bare et spørsmål om materialstabling, og prosessutfordringene forårsaket av forskjellene i fysiske egenskaper mellom de to materialene gjør det til en "touchstone" for å måle den tekniske styrken til høyfrekvente PCBprodusenter.
1, Hva er vanskeligheten med blandingstrykkprosessen? Fire kjerneteknologiske flaskehalser
1.1 CTE-mismatch - grunnårsaken til delaminering og vridning
Forskjellen i termisk ekspansjonskoeffisient (CTE) er den grunnleggende motsetningen i den blandede kompresjonsprosessen, som direkte bestemmer den øvre grensen for påliteligheten til den blandede kompresjonsplaten:
| Materialtype | Z-akse CTE (ppm/grad C) | X/Y-akse CTE (ppm/grad C) | Tg (grad) |
|---|---|---|---|
| Standard fr4 | 50~70 | 12~16 | 130~140 |
| Høy Tg fr4 | 25~30 | 12~16 | Større enn eller lik 170 |
| Rogers RO4350B | 32 | 10~12 | >280 |
| Rogers RO4003C | 46 | 11~14 | >280 |
| Rogers RO4835 | 28 | 10~12 | >280 |
| PTFE-klasse (RT/duroid 5880) | 200~300 | 50~100 | 327 |
Kjedesvikt forårsaket av CTE-mismatch:
Mellomlagsdelaminering: Når topptemperaturen for reflow-lodding er 245-260 grader C, kan forskjellen i Z-akseutvidelse mellom de to materialene nå titalls mikrometer, og grensesnittsskjærspenningen kan nå 2-3MPa. Hvis bindingsstyrken er utilstrekkelig, kan delaminering utføres direkte
Sprekking av kobberhull: Under termisk syklus konsentreres gjentatte strekktrykkspenninger på hullveggen, og kobberhull med en tykkelse på 20-25 μm er utsatt for mikrosprekker i midten, noe som fører til åpne kretsløp
Vridningsdeformasjon: Asymmetrisk stabling kan deformeres opptil 1,2-2,5 mm/m, og vridningen av 0,1 mm tykk FR-4 blandet med PTFE kan overstige 1,9 cm, langt over 0,75 %-kravet i IPC-6012-standarden
Impedanstrinn: Når en signallinje krysser et medium, genereres en +7 Ω transient topp, noe som forårsaker signalrefleksjon
Faktiske testdata: Etter termisk syklus ved -40 grader C~85 grader C, kan delamineringshastigheten til den uoptimerte blandede trykkplaten nå 12 %, og signalstabiliteten synker kraftig med 25 %.
Dilemmaet med trykktemperatur forårsaket av forskjellen i Tg 1.2
Den optimale kompresjonstemperaturen for fr4 er 170~185 grader C, og den må være fullstendig tverrbundet og herdet
Rogers RO4000-serien har en Tg på omtrent 280 grader C og akseptabel temperaturkompatibilitet, men PTFE-materialer er utsatt for liten deformasjon ved høye temperaturer
Dilemma: For høy temperatur fører til at Rogers deformeres og mister kontrollen over limstrømmen; Hvis temperaturen er for lav, vil det halvherdede fr4-arket ikke herde tilstrekkelig og mellomsjiktet vil være utilstrekkelig.
1.3 Dielektrisk konstant mistilpasning - 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 samme linjebredde, når signalet krysser fra Rogers til fr4-området, kan impedansforskyvningen nå flere ohm. Tverrlagsbytte av høyfrekvente signallinjer kan forårsake alvorlig signalrefleksjon og forringelse av innsettingstap.
1.4 PTFE-materiale har ekstremt lav overflateenergi - iboende mangel på bindestyrke
Overflateenergien til PTFE-baserte Rogers-materialer er bare 18-20 mN/m (fr4 er ca. 40-50 mN/m), og deres naturlige hydrofobisitet og kjemiske treghet fører til:
Dårlig vedheft til kobberfolie og halvherdet ark
Når den ikke er aktivert, er grensesnittets peelstyrke mye lavere enn mellom fr4-lag
Under termisk sjokk er den utsatt for delaminering, sprekker og kobberløsning i porene
2, Hvordan kan Rogers+fr4 trykkes godt? Full prosessteknologiløsning
Trinn 1: Materialvalg - Innsnevring av CTE-gapet fra kilden
Foretrukket "blandbart" Rogers-materiale:
Foretrukket RO4000-serie: RO4350B, RO4003C, RO4835 er spesielt designet for å blandes med fr4, med en X/Y-akse CTE på 10-14 ppm/grad C nær FR-4s 12-16 ppm/grad C
Optimal løsning for keramisk fylling: Z--aksen CTE til RO4835 er 28 ppm/grad C, noe som reduserer forskjellen med høy Tg fr4 (25 ppm/grad C) til innenfor 10 %, og minimerer risikoen for termisk spenningsmismatch
PTFE-materiale bør brukes med forsiktighet: Hvis det er nødvendig å bruke PTFE-substrater som RT/duroid 5880, bør RO4350B konfigureres på begge sider som et overgangslag for å danne en CTE-gradient
fr4 må oppgraderes til et materiale med høy Tg:
Ved å bruke lav CTE fr4 med Tg større enn eller lik 170 grader C, kan Z--aksens CTE optimaliseres til 25-30 ppm/grad C
Det er forbudt å bruke vanlig Tg=130~140 grader C FR-4 for blandet kompresjon, da påliteligheten til termisk sykling ikke kan garanteres
Trinn 2: Stabledesign - Symmetri er en jernlov
Å håndheve 100 % speilsymmetrisk stabling er den mest effektive måten å kontrollere vridning på:
Materialtypen, tykkelsen, kobbertykkelsen og PP-modellen til de øvre og nedre dielektriske lagene må være helt symmetriske, med PCB-senterlaget som symmetriaksen
Høyfrekvente lag må være symmetrisk arrangert i par, og det er strengt forbudt å plassere bare ett lag med høyfrekvent substrat på den ene siden
Typisk 6-lags blandet trykkstruktur eksempel:
TekstL1: RO4350B (høy-signallag) L2: PP (RO4450F) L3: høy Tg fr4 (formasjon) L4: høy Tg fr4 (effektlag) L5: høy Tg fr4 (formasjon) L6: PP (RO4450F) L7: RO4350B signallag ← speil{150B (høy) symmetri med L1
Typisk 10 lags struktur: L1 (RO4350B)/L2 (PP)/L3-L8 (FR-4)/L9 (PP)/L10 (RO4350B)
Faktiske testresultater: Symmetrisk stabling kan redusere vridningen etter termisk sykling fra 1,2 % til innenfor 0,5 %.