TMM6 RF PCB: Γιατί μια πλάκα πάχους 2 χιλιοστών μπορεί να είναι πιο δύσκολη να κατασκευαστεί από μια λεπτή

Οι περισσότερες πλακέτες RF επιδιώκουν λεπτότερα προφίλ. Λεπτότερο σημαίνει χαμηλότερο ύψος μονάδας, μικρότερες παρασιτικές επιδράσεις και στενότερη ενσωμάτωση.

Αλλά μερικά σχέδια πηγαίνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση. Απαιτούν τελική πάχος 2mm σε στοίβα 2 στρωμάτων. Αυτό δεν είναι σχεδιαστικό λάθος - είναι σκόπιμη επιλογή. Όταν η μηχανική ακαμψία, η αξιοπιστία των επιχαλκωμένων οπών και η θερμική σταθερότητα έχουν μεγαλύτερη σημασία από το ύψος, μια λεπτή πλακέτα γίνεται το πρόβλημα, όχι η λύση.

Πρόσφατα κατασκευάσαμε μια πλακέτα TMM6 που εμπίπτει σε αυτήν την κατηγορία. 45,5mm x 90mm, 2 στρώματα, τελικό πάχος 2mm, 53 εξαρτήματα, 38 vias, 2 δίκτυα. Αυτό το άρθρο δεν αφορά μόνο το πώς κατασκευάστηκε η πλακέτα. Αφορά ένα ερώτημα που συχνά παραβλέπεται:γιατί μια παχιά πλακέτα μπορεί να είναι πιο αξιόπιστη από μια λεπτή σε ορισμένες εφαρμογές RF, και ποιες είναι οι ανταλλαγές που φέρνει αυτό το πάχος.

Η Πλακέτα με μια Ματιά

Βασικό υλικό: Rogers TMM6. Άκαμπτη πλακέτα PCB 2 στρωμάτων. Διαστάσεις: 45,5mm x 90mm, ανοχή ±0,15mm. Ελάχιστο ίχνος και διάστημα: 5/8 mils. Ελάχιστο μέγεθος οπής: 0,35mm. Χωρίς τυφλές vias.

Τελικό πάχος: 2mm. Εξωτερικός χαλκός: 1oz (35 μm). Επιχάλκωση via: 20 μm. Επιφανειακό φινίρισμα: HASL.

Χωρίς μεταξοτυπία στην επάνω πλευρά, χωρίς μεταξοτυπία στην κάτω πλευρά. Χωρίς μάσκα συγκόλλησης στην επάνω πλευρά, χωρίς μάσκα συγκόλλησης στην κάτω πλευρά.

100% ηλεκτρικός έλεγχος πριν από την αποστολή. IPC-Class-2. Gerber RS-274-X.

Η στοίβα είναι 35 μm χαλκός / 1,905mm (75mil) πυρήνας TMM6 / 35 μm χαλκός.

Λίγες λεπτομέρειες ξεχωρίζουν: το πάχος των 2mm, η απουσία μάσκας συγκόλλησης και μεταξοτυπίας και στις δύο πλευρές, και το φινίρισμα HASL σε υλικό RF.

Γιατί 2mm, Όχι Λεπτότερο

Οι τυπικές πλακέτες FR-4 είναι συνήθως 1,6mm. Αυτή η πλακέτα είναι 2mm - 25% παχύτερη από το συνηθισμένο. Στο σχεδιασμό RF, το πρόσθετο πάχος αλλάζει διάφορα πράγματα.

Μηχανική ακαμψία. Μια πλακέτα 2mm αντιστέκεται στην κάμψη κατά τη συναρμολόγηση, τον χειρισμό και τη μακροχρόνια χρήση. Σε μια μεγάλη πλακέτα (αυτή είναι μήκους 90mm), το λεπτό υλικό μπορεί να παραμορφωθεί κατά τη διάρκεια της αναρροής, προκαλώντας μετατόπιση εξαρτημάτων ή ρωγμές στις συνδέσεις συγκόλλησης. Μια παχιά πλακέτα είναι πιο σταθερή.

Αξιοπιστία επιχαλκωμένων οπών. Ένα από τα βασικά σημεία τοποθέτησης του TMM6 είναι η υψηλή αξιοπιστία των επιχαλκωμένων οπών. Όσο παχύτερη είναι η πλακέτα, τόσο υψηλότερη είναι η αναλογία όψης και τόσο πιο δύσκολο είναι να επιτευχθεί ομοιόμορφη επιχάλκωση. Αλλά μόλις μια παχιά πλακέτα επιχαλκωθεί σωστά, ο κύλινδρος είναι μηχανικά ισχυρότερος και λιγότερο πιθανό να ραγίσει υπό θερμικό κύκλο. Αυτή η πλακέτα έχει 38 vias μέσω οπών, επιχαλκωμένες στα 20 μm.

Θερμική σταθερότητα. Ένας παχύς πυρήνας έχει μεγαλύτερη θερμική μάζα, η οποία βοηθά στη διάχυση της θερμότητας σε εφαρμογές ενισχυτών ισχύος. Η θερμική αγωγιμότητα του TMM6 είναι 0,72 W/mK, και σε συνδυασμό με πάχος 2mm, η απαγωγή θερμότητας είναι καλύτερη από μια λεπτή πλακέτα.

Το κόστος. Οι παχιές πλακέτες είναι πιο δύσκολες στη διάτρηση, πιο ακριβές σε υλικό και βαρύτερες. Εάν ένα σχέδιο δεν χρειάζεται αυτές τις ιδιότητες, τα 2mm είναι σπατάλη.

TMM6: Υψηλό Dk Χωρίς Πονοκέφαλο Επεξεργασίας

Το TMM6 είναι μέρος της οικογένειας Rogers TMM, μαζί με τα TMM10 και TMM10i. Η διηλεκτρική του σταθερά είναι 6,0, βρίσκεται μεταξύ του FR-4 (~4,3) και του TMM10 (9,2).

Τι σημαίνει Dk 6,0. Το υψηλό Dk συρρικνώνει τις διαστάσεις του κυκλώματος. Σε φίλτρα, ζεύκτες και δίκτυα αντιστοίχισης, η ίδια ηλεκτρική απόδοση μπορεί να επιτευχθεί σε μικρότερο φυσικό μήκος. Για σχεδιασμούς RF με περιορισμένο χώρο, αυτή είναι πραγματική αξία.

Τι σημαίνει Df 0,0023. Στα 10GHz, αυτό είναι χαμηλότερο από το FR-4 αλλά υψηλότερο από το καθαρό PTFE. Για ενισχυτές ισχύος, συνδυαστές και φίλτρα, αυτό το επίπεδο απώλειας είναι αποδεκτό.

Θερμικός συντελεστής Dk: -11 ppm/°K. Αυτό είναι ασυνήθιστα σταθερό. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει, η διηλεκτρική σταθερά μόλις και μετά βίας κινείται, πράγμα που σημαίνει ότι οι κεντρικές συχνότητες των φίλτρων και οι τιμές σύνθετης αντίστασης παραμένουν σταθερές. Για δορυφορικές επικοινωνίες και εξωτερικό εξοπλισμό RF που βλέπει μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, αυτή η σταθερότητα είναι ένα πραγματικό πλεονέκτημα.

CTE ταιριασμένο με χαλκό (18/18/26 ppm/K). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το TMM6 τοποθετείται για υψηλή αξιοπιστία επιχαλκωμένων οπών. Το διηλεκτρικό και η επιχάλκωση χαλκού διαστέλλονται με σχεδόν τον ίδιο ρυθμό, μειώνοντας τον κίνδυνο ρωγμών στην επιχάλκωση και αποκόλλησης υπό θερμικό κύκλο.

Επεξεργασιμότητα. Το άλλο πλεονέκτημα του TMM6: δεν απαιτεί τις ειδικές διαδικασίες που απαιτούν τα υλικά PTFE. Καμία επεξεργασία ναφθαλινικού νατρίου, καμία ασυνήθιστη παράμετρος διάτρησης, και όλες οι κοινές διαδικασίες PCB λειτουργούν. Για τους κατασκευαστές, αυτό σημαίνει μικρότερους χρόνους παράδοσης και χαμηλότερο κόστος επεξεργασίας.

Γιατί Χωρίς Μάσκα Συγκόλλησης, Χωρίς Μεταξοτυπία και HASL

Αυτή η πλακέτα δεν έχει μάσκα συγκόλλησης και μεταξοτυπία σε καμία πλευρά, και χρησιμοποιεί HASL ως επιφανειακό φινίρισμα.

Χωρίς μάσκα συγκόλλησης είναι συνηθισμένο σε σχεδιασμούς RF και μικροκυμάτων. Η μάσκα συγκόλλησης έχει διηλεκτρικές ιδιότητες που μπορούν να μετατοπίσουν τη σύνθετη αντίσταση και να επηρεάσουν τη ρύθμιση, ειδικά σε υψηλότερες συχνότητες. Η αφαίρεσή της εξαλείφει αυτή τη μεταβλητή και εκθέτει απευθείας τον χαλκό για σταθερή απόδοση RF. Χωρίς μεταξοτυπία ακολουθεί την ίδια λογική - οι σημάνσεις δεν εξυπηρετούν κανέναν ηλεκτρικό σκοπό, και σε μια πλακέτα RF μπορούν μερικές φορές να επηρεάσουν τη ρύθμιση ή την επιθεώρηση.

Η επιλογή HASL αξίζει συζήτησης. Σε υλικά υψηλής συχνότητας, το ENIG ή το επιχρυσωμένο είναι πιο συνηθισμένα επειδή είναι πιο επίπεδα και ταιριάζουν σε εξαρτήματα λεπτού βήματος. Αλλά αυτή η πλακέτα χρησιμοποιεί HASL - ισοστάθμιση συγκόλλησης με θερμό αέρα. Το HASL έχει χαμηλότερο κόστος και προσφέρει καλή συγκολλησιμότητα. Αυτή η πλακέτα έχει 15 επιθέματα SMT στην επάνω πλευρά και 21 επιθέματα μέσω οπών, και το HASL υποστηρίζει τυπική συναρμολόγηση. Εάν το σχέδιο δεν χρειάζεται την επιπεδότητα του ENIG ή την ικανότητα συγκόλλησης με σύρμα του χρυσού, το HASL είναι μια λογική επιλογή.

Εδώ είναι μια ανταλλαγή που αξίζει να αναφερθεί ξεκάθαρα: Η επιπεδότητα της επιφάνειας του HASL δεν είναι τόσο καλή όσο του ENIG. Για εξαρτήματα SMT λεπτού βήματος, το HASL μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα συγκόλλησης. Το ελάχιστο ίχνος αυτής της πλακέτας είναι 5/8 mils, αλλά η απόσταση των επιθεμάτων δεν είναι αρκετά λεπτή για να απαιτεί ENIG, οπότε το HASL λειτουργεί. Εάν ένα μελλοντικό σχέδιο χρειάζεται λεπτότερη απόσταση, το επιφανειακό φινίρισμα μπορεί να χρειαστεί να επανεξεταστεί.

38 Vias, 2 Δίκτυα: Τι Κάνει Αυτή η Πλακέτα

53 εξαρτήματα, 36 επιθέματα, 38 vias, 2 δίκτυα.

Υψηλή μέτρηση via με χαμηλή μέτρηση δικτύου είναι ένα μοτίβο που έχουμε δει στο παρελθόν. Συνήθως σημαίνει γειωμένη δομή - περίφραξη via, ραφή γειωμένου επιπέδου ή θωρακισμένη γραμμή μετάδοσης. Αυτές οι vias δεν δρομολογούν σήματα, παρέχουν γείωση και θωράκιση.

21 επιθέματα μέσω οπών και 15 επιθέματα SMT στην επάνω πλευρά υποδεικνύουν μικτή συναρμολόγηση. Χωρίς επιθέματα SMT στην κάτω πλευρά, συνεπές με την κάτω πλευρά που χρησιμεύει ως γειωμένο επίπεδο ή επιφάνεια στήριξης.

Πότε Είναι Απαραίτητο το TMM6

Όταν το υψηλό Dk και η μικρογραφία είναι αυστηρές απαιτήσεις. Το Dk 6,0 συρρικνώνει το φυσικό μέγεθος φίλτρων, ζευκτών και δικτύων αντιστοίχισης. Εάν ο χώρος είναι περιορισμένος, αυτή είναι πραγματική αξία.

Όταν η αξιοπιστία των επιχαλκωμένων οπών είναι κρίσιμη. Το CTE ταιριασμένο με χαλκό, συν την μηχανική σταθερότητα μιας θερμοσκληρυνόμενης ρητίνης, δίνει στο TMM6 ένα πλεονέκτημα σε εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας. Ο συνδυασμός μιας παχιάς πλακέτας και vias υψηλής αναλογίας όψης απαιτεί περισσότερα από την ποιότητα της επιχάλκωσης, και οι ιδιότητες του υλικού του TMM6 βοηθούν.

Όταν η θερμοκρασιακή σταθερότητα έχει σημασία. Ένας θερμικός συντελεστής Dk -11 ppm/°K σημαίνει σταθερή απόδοση σε ευρείες θερμοκρασιακές περιοχές. Οι δορυφορικές επικοινωνίες, ο εξωτερικός εξοπλισμός και τα αυτοκινητιστικά ραντάρ επωφελούνται.

Όταν η επεξεργασιμότητα δεν μπορεί να διακυβευτεί. Το TMM6 δεν απαιτεί τις ειδικές διαδικασίες του PTFE, οπότε οι χρόνοι παράδοσης είναι μικρότεροι και τα κόστη πιο ελεγχόμενα. Για σχεδιασμούς που δεν θέλουν να πληρώσουν για την πολυπλοκότητα της επεξεργασίας υλικών, αυτό είναι ένα πραγματικό πλεονέκτημα.

Πότε Δεν Πρέπει να Χρησιμοποιήσετε TMM6

Εάν η συχνότητά σας είναι χαμηλή και οι απαιτήσεις απώλειας δεν είναι αυστηρές. Σε χαμηλές συχνότητες, το FR-4 μπορεί να είναι απολύτως επαρκές. Το υψηλό Dk και η χαμηλή απώλεια του TMM6 θα ήταν υπερβολικά.

Εάν δεν χρειάζεστε πάχος 2mm. Μια πλακέτα 2mm φέρνει δυσκολία επεξεργασίας και κόστος. Εάν το ύψος της μονάδας το επιτρέπει, μια πλακέτα τυπικού πάχους είναι ευκολότερη στην επεξεργασία και φθηνότερη.

Εάν χρειάζεστε την χαμηλότερη δυνατή απώλεια. Το Df του TMM6 είναι 0,0023 - χαμηλότερο από το FR-4 αλλά υψηλότερο από το καθαρό PTFE. Εάν η απώλεια είναι η κύρια απαίτηση, ένα υλικό βασισμένο σε PTFE μπορεί να είναι πιο κατάλληλο.

Εάν το κόστος είναι η πρώτη απαίτηση. Το TMM6 είναι ένα κεραμικό υλικό θερμοσκλήρυνσης, με τιμή πάνω από το FR-4. Σε εφαρμογές ευαίσθητες στο κόστος με μέτριες απαιτήσεις απόδοσης, δεν υπάρχει λόγος να πληρώσετε για απόδοση που δεν θα χρησιμοποιήσετε.

Το Συμπέρασμα

Το TMM6 δεν είναι ένα υλικό RF γενικής χρήσης. Είναι μια στοχευμένη λύση: κερδίζει το πριμ του όταν η μικρογραφία υψηλού Dk, η αξιοπιστία των επιχαλκωμένων οπών και η θερμοκρασιακή σταθερότητα έχουν σημασία ταυτόχρονα.

Το πάχος των 2mm δεν είναι παχύ για δικό του λόγο. Εξυπηρετεί τη μηχανική ακαμψία, τη θερμική σταθερότητα και την αξιοπιστία των vias. Εάν το σχέδιό σας δεν χρειάζεται αυτά, μια λεπτή πλακέτα με FR-4 μπορεί να είναι η πιο λογική επιλογή.

Εάν εργάζεστε σε σχεδιασμό RF ή μικροκυμάτων και χρειάζεται να εξισορροπήσετε υψηλό Dk, χαμηλή απώλεια και αξιοπιστία επιχαλκωμένων οπών, θα χαρούμε να αναθεωρήσουμε τις απαιτήσεις σας. Η επιλογή υλικού πρέπει να ξεκινά από τη συχνότητα, την ισχύ και τους μηχανικούς σας περιορισμούς - όχι από το ποιο υλικό ακούγεται καλύτερα.

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