Όταν ένας πελάτης μας προσεγγίζει με μια εφαρμογή υψηλής συχνότητας, η συζήτηση σπάνια ξεκινά με την τιμή. Ξεκινά με το υλικό. Στα σχέδια RF και μικροκυμάτων, το υπόστρωμα δεν είναι παθητικός φορέας—είναι μέρος του κυκλώματος. Γι' αυτό, όταν αυτό το συγκεκριμένο έργο έφτασε στο γραφείο μας, η επιλογή του Rogers TMM10 είχε ήδη γίνει. Το πραγματικό ερώτημα ήταν αν μπορούσαμε να το κατασκευάσουμε ακριβώς σύμφωνα με τις προδιαγραφές.

Αυτή είναι η ιστορία του πώς κατασκευάσαμε ένα PCB TMM10 2 στρωμάτων, πάχους 5,1 mm για μια εφαρμογή υψηλής συχνότητας—και τι το έκανε δύσκολο.

Η Απαίτηση του Πελάτη

Ο πελάτης χρειαζόταν ένα PCB διπλής όψης κατασκευασμένο από Rogers TMM10, ένα θερμοσκληρυνόμενο υλικό μικροκυμάτων. Το τελικό πάχος της πλακέτας καθορίστηκε στα 5,1 mm, με αυστηρή ανοχή διαστάσεων ±0,15 mm σε μια συμπαγή διάταξη 63,9 mm × 48 mm.

Αυτό που έκανε αυτό το έργο ασυνήθιστο δεν ήταν μόνο το υλικό, αλλά και το φινίρισμα. Η πλακέτα απαιτούσε χωρίς μάσκα συγκόλλησης και χωρίς μεταξοτυπία και στις δύο πλευρές. Για ένα σχέδιο υψηλής συχνότητας, αυτή δεν είναι απόφαση εξοικονόμησης κόστους—είναι απόφαση απόδοσης. Η μάσκα συγκόλλησης εισάγει ένα διηλεκτρικό στρώμα που μπορεί να μετατοπίσει την αντίσταση και να επηρεάσει τη ρύθμιση. Η αφαίρεσή της σημαίνει ότι η επιφάνεια του χαλκού πρέπει να είναι άψογη, επειδή δεν υπάρχει τίποτα να κρυφτεί πίσω.

Η εφαρμογή; Εργασίες RF υψηλής συχνότητας, στην ίδια οικογένεια με συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών, κεραίες GPS και patch, και ελεγκτές τσιπ.

Οι Μηχανικές Προκλήσεις

Μια πλακέτα πάχους 5,1 mm δεν είναι συνηθισμένη. Τα περισσότερα PCB διπλής όψης μετρώνται σε κλάσματα του χιλιοστού. Σε αυτό το πάχος, πολλά πράγματα γίνονται δύσκολα ταυτόχρονα.

Πρώτον, η στοίβαξη. Η πλακέτα κατασκευάστηκε ως άκαμπτο PCB 2 στρωμάτων:

• Στρώμα Χαλκού 1: 35 μm (1oz)

• Πυρήνας Rogers TMM10: 5,08 mm (200 mil)

• Στρώμα Χαλκού 2: 35 μm (1oz)

Αυτός ο πυρήνας 5,08 mm είναι η πηγή τόσο της μηχανικής ακαμψίας της πλακέτας όσο και της δυσκολίας κατασκευής της.

Δεύτερον, η διάτρηση. Με ελάχιστο μέγεθος οπής 0,25 mm και πάχος πλακέτας 5,1 mm, η αναλογία διαστάσεων είναι υψηλή. Οι βαθιές, στενές οπές απαιτούν ακριβείς παραμέτρους διάτρησης και καθαρά τοιχώματα μέσω οπών. Χρησιμοποιήσαμε 13 μέσω οπών, όλες επιμεταλλωμένες σε πάχος 20 μm, χωρίς τυφλές μέσω οπών. Κάθε σύνδεση έπρεπε να είναι αξιόπιστη.

Τρίτον, τα λεπτά χαρακτηριστικά. Η ελάχιστη γραμμή και απόσταση ήταν 4/7 mils. Σε ένα παχύ, θερμοσκληρυνόμενο υλικό γεμάτο κεραμικά, η επίτευξη σταθερής χάραξης σε ολόκληρο το πάνελ δεν είναι αμελητέα. Το TMM10 είναι μηχανικά σταθερό, αλλά το παράθυρο επεξεργασίας του είναι στενότερο από το τυπικό FR-4.

Τέταρτον, το φινίρισμα. Χωρίς μάσκα συγκόλλησης και χωρίς μεταξοτυπία, το φινίρισμα της επιφάνειας έπρεπε να είναι τέλειο. Καθορίσαμε ENIG (Ηλεκτρολυτικός Νικέλιο Εμβάπτισης Χρυσού)—ένα επίπεδο, ανθεκτικό στην οξείδωση φινίρισμα που υποστηρίζει τόσο τη συγκόλληση όσο και τη συγκόλληση σύρματος. Το ENIG είναι μια premium επιλογή, και για αυτήν την πλακέτα, ήταν η σωστή.

Ένα πράγμα λειτούργησε υπέρ μας: Το TMM10 δεν απαιτεί επεξεργασία ναφθαλινικού νατρίου πριν από την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Αυτό εξάλειψε ένα επικίνδυνο και χρονοβόρο βήμα που είναι κοινό με υλικά με βάση το PTFE.

Πώς το Κατασκευάσαμε

Κάθε έργο ξεκινά με τα δεδομένα Gerber. Σε αυτήν την περίπτωση, ο πελάτης παρείχε έργα σε μορφή Gerber RS-274-X, το βιομηχανικό πρότυπο. Από εκεί, προχωρήσαμε στην κατασκευή.

Η στοίβαξη ήταν απλή στα χαρτιά αλλά απαιτητική στην εκτέλεση. Ένας ενιαίος πυρήνας TMM10 5,08 mm, ελασματοποιημένος με χαλκό 1oz και στις δύο πλευρές, παρήγαγε τελικό πάχος 5,1 mm. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του υλικού ταιριάζει με τον χαλκό, γεγονός που βοηθά στη διατήρηση της σταθερότητας των διαστάσεων μέσω θερμικών κύκλων—σημαντικό για μια εφαρμογή που μπορεί να παρουσιάσει διακύμανση θερμοκρασίας.

Η διάτρηση ακολούθησε. Με 13 μέσω οπών διαμέτρου 0,25 mm, ελέγξαμε το βάθος, τον ρυθμό τροφοδοσίας και την ταχύτητα του άξονα για να αποφύγουμε το ρητινώδες επίχρισμα και να διασφαλίσουμε καθαρές οπές. Η επιμετάλλωση έφερε τα τοιχώματα των μέσω οπών στα 20 μm, παρέχοντας σταθερές ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των δύο στρωμάτων χαλκού.

Το ίδιο το κύκλωμα ήταν απλό σε αριθμό δικτύων—μόνο 2 δίκτυα—αλλά πυκνό σε pads. Η πλακέτα φέρει 26 εξαρτήματα, 38 συνολικά pads, 21 pads μέσω οπών, και 17 pads SMT στην επάνω πλευρά. Δεν υπάρχουν pads SMT στην κάτω πλευρά. Η διάταξη είναι ένα υβρίδιο μέσω οπών και επιφανειακής στήριξης, κάτι που είναι συνηθισμένο σε εφαρμογές δοκιμών RF και κεραιών όπου απαιτείται ένας συνδυασμός τύπων συνδετήρων και εξαρτημάτων ρύθμισης.

Η διαμόρφωση των γραμμών 4/7 mil απαιτούσε προσεκτικό έλεγχο της έκθεσης και της χάραξης. Σε ένα υλικό τόσο παχύ, η άνιση κατανομή του χαλκού μπορεί να προκαλέσει ασυνέπειες στη χάραξη. Προσαρμόσαμε τη διαδικασία για να διατηρήσουμε την πιστότητα των γραμμών σε ολόκληρο το πάνελ.

Τέλος, το ENIG. Χωρίς μάσκα συγκόλλησης για την προστασία του χαλκού, η εναπόθεση νικελίου-χρυσού έπρεπε να είναι ομοιόμορφη και χωρίς ελαττώματα. Εδώ μια πλακέτα σαν αυτή είτε περνάει είτε αποτυγχάνει—δεν υπάρχει καμία αισθητική κάλυψη.

Επαλήθευση Ποιότητας

Πριν από την αποστολή, κάθε πλακέτα υποβλήθηκε σε 100% ηλεκτρικό έλεγχο. Αυτή είναι τυπική πρακτική για εμάς, αλλά έχει μεγαλύτερη σημασία σε ένα έργο σαν αυτό, όπου ο πελάτης δεν μπορεί να ελέγξει οπτικά για ελαττώματα μάσκας συγκόλλησης ή λάθη μεταξοτυπίας. Ο ηλεκτρικός έλεγχος επιβεβαιώνει τη συνέχεια, την απομόνωση και την ακεραιότητα του δικτύου.

Η πλακέτα κατασκευάστηκε σύμφωνα με τα πρότυπα IPC-Class-2—το σημείο αναφοράς για εξειδικευμένα ηλεκτρονικά υπηρεσιών. Είναι αξιόπιστη και ανθεκτική, κατασκευασμένη για πραγματική λειτουργία παρά για εργαστηριακή επίδειξη.

Το Αποτέλεσμα

Η τελική πλακέτα μέτρησε 63,9 mm × 48 mm, εντός ανοχής ±0,15 mm. Έφερε 26 εξαρτήματα σε 38 pads, συνδεδεμένα με 13 μέσω οπών, με τελικό βάρος χαλκού 1oz (1,4 mils) στα εξωτερικά στρώματα.

Το σημαντικότερο, πληρούσε τις ηλεκτρικές και μηχανικές απαιτήσεις μιας εφαρμογής υψηλής συχνότητας. Ο συνδυασμός των ηλεκτρικών ιδιοτήτων του TMM10—μια διηλεκτρική σταθερά 9,20 και ένας παράγοντας διάχυσης 0,0022 στα 10GHz—με μια άκαμπτη κατασκευή 5,1 mm καθιστά αυτήν την πλακέτα κατάλληλη για εφαρμογές όπου η ακεραιότητα του σήματος και η φυσική σταθερότητα είναι και τα δύο αδιαπραγμάτευτα.

Γιατί TMM10;

Για τους αναγνώστες που δεν είναι εξοικειωμένοι με το υλικό, το TMM10 αξίζει να το κατανοήσουν. Είναι ένα θερμοσκληρυνόμενο υλικό μικροκυμάτων που συνδυάζει τα ηλεκτρικά οφέλη του PTFE με τα μηχανικά πλεονεκτήματα των υποστρωμάτων γεμισμένων με κεραμικά. Αντιστέκεται στην ερπυσμό και την ψυχρή ροή. Αντέχει στα χημικά επεξεργασίας. Δεν απαιτεί επεξεργασία ναφθαλινικού νατρίου. Και επειδή βασίζεται σε θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη, υποστηρίζει αξιόπιστη συγκόλληση σύρματος.

Οι τυπικές εφαρμογές του περιλαμβάνουν ελεγκτές τσιπ, διηλεκτρικούς πολωτές, συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών και κεραίες GPS ή patch—ακριβώς το είδος των περιβαλλόντων υψηλής συχνότητας για τα οποία κατασκευάστηκε αυτή η πλακέτα.

Τελικές Σκέψεις

Μια πλακέτα TMM10 πάχους 5,1 mm χωρίς μάσκα συγκόλλησης και χωρίς μεταξοτυπία δεν είναι μια συνηθισμένη κατασκευή. Απαιτεί τη σωστή γνώση του υλικού, τον σωστό έλεγχο της διαδικασίας και την προθυμία να εργαστεί κανείς χωρίς δίχτυ ασφαλείας.

Εάν εργάζεστε σε ένα σχέδιο υψηλής συχνότητας και χρειάζεστε έναν κατασκευαστή που κατανοεί υλικά όπως το TMM10, θα χαρούμε να μιλήσουμε. Είτε η πλακέτα σας είναι πάχους 0,5 mm είτε 5,1 mm, η συζήτηση ξεκινά με τον ίδιο τρόπο: με τις απαιτήσεις σας.

Επικοινωνήστε μαζί μας για να συζητήσουμε το επόμενο έργο σας PCB υψηλής συχνότητας.