Γιατί να επιλέξετε ένα υβριδικό PCB για το σχεδιασμό υψηλής συχνότητας RF

Όταν η υψηλής συχνότητας σχεδίαση ανταποκρίνεται σε περιορισμούς χώρου, μια καθαρά επίπεδη διάταξη συχνά αποτυγχάνει.και τα πολυστρωτά υβριδικά λαμινάτα μπαίνουν στο παιχνίδι.

Η πλακέτα που κοιτάζω σήμερα είναι ένα τέλειο παράδειγμα.ειδικά σχεδιασμένα για εφαρμογές υψηλής συχνότητας με περιορισμένο χώρο.

ΚατασκευήΕπισκόπηση: Τέσσερα στρώματα υβριδικής κατασκευής

Θα ξεκινήσω με τις βασικές παραμέτρους.

Η συσσώρευση είναι αρκετά αντιπροσωπευτική:

Κέντρο 1: 0,508mm RO3210

Δέσμευση: 0.2mm RO4450F

Κέντρο 2: 0,508mm RO3210

Συνολικό πάχος πλάκας: 1,321 mm

Για τη διαμόρφωση χαλκού, τα εξωτερικά στρώματα έχουν ένα τελικό βάρος χαλκού 1oz (περίπου 35μm), ενώ τα εσωτερικά στρώματα χρησιμοποιούν 0,5oz (περίπου 18μm).Το φινίρισμα της επιφάνειας είναι ένας συνδυασμός από ασήμι και χρυσό..

Στην κοσμητική πλευρά, το πάνω στρώμα έχει πράσινη μάσκα συγκόλλησης με λευκή μεταξοειδής.

Δύο χαρακτηριστικά της διαδικασίας αξίζουν ιδιαίτερη προσοχή:

Ελεγχόμενη θέση βάθους:Από το ανώτερο στρώμα προς τα κάτω στο εσωτερικό στρώμα 1 (μια θέση που σταματά μεταξύ L1 και L2)

Σκοπός: 1-3 στρώματα τυφλών μέσω (τρυπούνται από το L1 στο L3 χωρίς να διεισδύουν σε ολόκληρο το πλάνο)

RO3210: Υψηλής διηλεκτρικής σταθερότητας κεραμικό PTFE

Η RO3210 είναι το μέλος της σειράς RO3200 της Rogers με υψηλό Dk. Αυτή η σειρά είναι μια επέκταση της οικογένειας RO3000με το βασικό πλεονέκτημα της διατήρησης των επιδόσεων υψηλής συχνότητας με βελτίωση της μηχανικής σταθερότητας.

Επιτρέψτε μου να μοιραστώ τις βασικές παραμέτρους.50, με σχεδιαστική τιμή Dk που φτάνει το 10.8Ο συντελεστής διάσπασης (Df) είναι 0.0027, τοποθετώντας το στην κατηγορία χαμηλών απωλειών για τα υλικά PTFE.

Γιατί να επιλέξετε ένα υψηλό Dk;

Για μια δεδομένη συχνότητα, το μήκος κύματος σε μια πλακέτα με Dk 10,2 είναι περίπου το ένα τρίτο του μήκους κύματος στον αέρα.Αυτό επιτρέπει στις κεραίες και τις αντηχητικές δομές να είναι σημαντικά μικρότερες, ένα πολύτιμο πλεονέκτημα σε εφαρμογές περιορισμένου χώρου..

Από θερμικής και μηχανικής πλευράς, το RO3210 έχει θερμοκρασία αποσύνθεσης (Td) άνω των 500 °C, με αποτέλεσμα να μπορεί εύκολα να χειριστεί θερμοκρασίες συγκόλλησης χωρίς μόλυβδο.Οι συντελεστές θερμικής διαστολής (CTE) στους άξονες X και Y είναι 13 ppm/°CΗ θερμική αγωγιμότητα είναι 0,81 W/m·K, η θερμική αγωγιμότητα είναι 0,81 W/m·K, η θερμική αγωγιμότητα 0,81 W/m·K και η θερμική αγωγιμότητα 0,81 W/m·K.που βοηθά στην απώλεια ενέργειας..

Οι τυπικές εφαρμογές του RO3210 περιλαμβάνουν κεραίες μικροστριπτικής επικάλυψης, συστήματα δορυφορικής επικοινωνίας, ραντάρ αποφυγής συγκρούσεων αυτοκινήτων, σταθμούς βάσης ασύρματης επικοινωνίας,και μονάδες ενισχυτή ισχύος.

RO4450F: Η "κόλλα" για υβριδική λαμίνωση υψηλής συχνότητας

Στις πλακέτες υψηλής συχνότητας πολυστρωμάτων, το στρώμα σύνδεσης μεταξύ των πυρήνων είναι κρίσιμο.ειδικά προορισμένα για υβριδική επικάλυψη με υλικά της σειράς RO4000.

Εδώ είναι οι βασικές παραμέτρους: στα 10GHz, το Dk είναι 3,52 ± 0,05 και το Df είναι 0.0040Ο άξονας Χ CTE είναι 19 ppm/°C, ο άξονας Y είναι 17 ppm/°C και ο άξονας Z είναι 50 ppm/°C. Η απορρόφηση υγρασίας είναι μόλις 0,09%, και η θερμική αγωγιμότητα είναι 0,65 W/m·K.

Γιατί να επιλέξετε το RO4450F αντί για το πρότυπο FR-4 prepreg; Η απάντηση έγκειται στην αντιστοιχία CTE. Το RO3210 έχει X/Y CTE γύρω στα 13 ppm/°C. Ενώ το X/Y CTE του FR-4 είναι συνήθως στην περιοχή 14-16 ppm/°C, το RO3210 έχει X/Y CTE γύρω στα 13 ppm/°C.η διαφορά CTE στον άξονα Z είναι σημαντικήΤο RO4450F έχει CTE στον άξονα Z 50 ppm/°C, σημαντικά χαμηλότερο από τα 70-80 ppm/°C του τυποποιημένου FR-4. Αυτό μειώνει δραματικά τον κίνδυνο βλάβης κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου.

Επιπλέον, το RO4450F είναι συμβατό με την επεξεργασία FR-4.

Κατανοία των χαρακτηριστικών της διαδικασίας

Ελεγχόμενη σχισμή βάθους (επάνω προς το εσωτερικό στρώμα 1)

Η ελεγχόμενη σχισμή βάθους είναι μια λειτουργία φρέινζερ που δεν περνά μέσα από ολόκληρο το πλάνο.Οι πιθανές αιτίες περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση ενός στοιχείουΈνα πράγμα που πρέπει να έχετε κατά νου: η ανοχή βάθους για ελεγχόμενες σχισμές βάθους είναι συνήθως περίπου +/- 0,1 mm.Συνιστώ να προσθέσετε ένα άνετο περιθώριο στο σχέδιο σας.

Σκοπός 1-3

Σε σύγκριση με το "through via", αυτό το σχέδιο προσφέρει τρία πλεονεκτήματα: απελευθερώνει χώρο δρομολόγησης στο στρώμα 2,Εξάλειψη της επίδρασης του κενού στο σήμα μέσωΤο εμπόδιο είναι η αυξημένη πολυπλοκότητα της διαδικασίας και το κόστος ̇ οι τυφλοί σωλήνες απαιτούν διαδοχική λαμινίστρωση και δεν μπορούν να τρυπηθούν σε μία μόνο λειτουργία.

Σκεφτήματα σχεδιασμού και σημεία κινδύνου

Αντίσταση CTE

Ενώ η X/Y CTE τόσο του RO3210 όσο και του RO4450F ταιριάζει αρκετά καλά με το χαλκό, οι διαφορές παραμένουν στην κατεύθυνση του άξονα Z.Οι τυφλοί σωλήνες και μέσω σωλήνων σε αυτή τη δομή τεσσάρων στρωμάτων θα περάσουν από πολλαπλούς θερμικούς κύκλουςΠροτείνω να χρησιμοποιήσετε θερμικά συστήματα ανακούφισης γύρω από κρίσιμους σωλήνες.

Διαδικασία υβριδικής λαμίνωσης

Το RO3210 είναι ένα υλικό με βάση το PTFE, ενώ το RO4450F ανήκει στο σύστημα ρητίνης υδρογονανθράκων.Η επιφάνεια PTFE πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία πλάσματος για να επιτευχθεί καλή προσκόλληση με το RO4450F.

Ελεγχόμενη ακρίβεια σχισμής βάθους

Με 0,508 mm RO3210 συν 0,2 mm RO4450F, το συνολικό πάχος είναι περίπου 1,3 mm. Η τρύπα ελεγχόμενου βάθους πρέπει να σταματήσει ακριβώς μεταξύ L1 και L2 ένα βάθος περίπου 0,5 έως 0,7 mm.Αυτό το επίπεδο ακρίβειας απαιτεί καλό εξοπλισμόΣυνιστώ να επιβεβαιώσετε την ικανότητα του κατασκευαστή σας πριν προχωρήσετε στην παραγωγή.

Τυπικά σενάρια εφαρμογής

Με βάση τον συνδυασμό υλικών και τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας, η εν λόγω πλάκα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς εφαρμογής:

Μέρη κερατοειδών φάσης με περιορισμένο χώρο

Μονούλες RF με εμπρόσθια λειτουργία που απαιτούν ενσωματωμένα εξαρτήματα

Δίκτυα τροφοδοσίας πολλαπλών στρωμάτων

Συστήματα δορυφορικής επικοινωνίας υψηλής πυκνότητας

Ραδιοφωνικές πλακέτες για ραντάρ χιλιοστών κυμάτων για οχήματα

Τελικές Σκεφτήριες

Αυτό το τετραεπίπεδο σχέδιο RO3210 συν RO4450F καταδεικνύει μια σημαντική τάση στην μηχανική RF PCB: εξισορρόπηση της απόδοσης του υλικού, του κόστους κατασκευής και της πυκνότητας ολοκλήρωσης.

Το υψηλό Dk του RO3210 παρέχει τη βάση για τη μικροποίηση.Και η ελεγχόμενη σχισμή βάθους σε συνδυασμό με τυφλή vias περαιτέρω συμπιέζει τον κάθετο χώρο.

Φυσικά, αυτός ο τύπος σχεδιασμού θέτει υψηλές απαιτήσεις στην ικανότητα της διαδικασίας του κατασκευαστή.Και η ακρίβεια ευθυγράμμισης των τυφλών vias είναι όλα κρίσιμα σημεία για να συζητήσετε διεξοδικά με το εργοστάσιο σας πριν από την κατασκευή πρωτοτύπου.

Εάν το έργο σας αντιμετωπίζει προκλήσεις με τη μικροποίηση και την πολυεπίπεδη ενσωμάτωση, αυτή η προσέγγιση σχεδιασμού αξίζει να εξεταστεί.

Έχετε αντιμετωπίσει προβλήματα κατά το σχεδιασμό ή την παραγωγή υβριδικών επικαλυμμένων πλακών; Μιλήστε για την εμπειρία σας στα σχόλια.