Роджерсвисокочастотні платиможна змішувати з fr4, яке є основним рішенням для збалансування високочастотної продуктивності та контролю витрат у поточних сценаріях, таких як базові станції 5G і радар міліметрового діапазону. Загальну вартість матеріалу плати можна зменшити на 30% -50%, але змішування – це складний процес із багатьма ризиками, які не можна ігнорувати.
Техніко-економічна основа змішаного тиску
На даний момент у промисловості існує велика кількість зрілих випадків масового виробництва. Основна серія Rogers RO4000 (RO4350B, RO4003C) сама по собі є «змішувальними» матеріалами, розробленими спеціально для змішування з fr4. Виробники друкованих плат уже мають стабільні можливості змішування Rogers+fr4.
Основна логіка змішаного стиснення полягає у використанні матеріалів Роджерса лише в радіочастотному шарі, який має передавати високо-сигнали, тоді як fr4 використовується в інших звичайних сигнальних і заземлюючих рівнях, що значно знижує вартість усього матеріалу плати, забезпечуючи низькі радіочастотні втрати.
Основний ризик змішаного тиску
Невідповідність КТР викликає розшарування та викривлення
Звичайний коефіцієнт теплового розширення по осі Z-fr4становить 50-70 ppm/градус C, тоді як КТР по осі Z матеріалів Роджерса на основі PTFE може досягати 200-300 ppm/градус C. При високій температурі 260 градусів C під час паяння оплавленням різниця в розширенні між двома може сягати десятків мікрометрів, а результуюча напруга зсуву може безпосередньо спричинити розшарування між шарами, викривлення поверхні плати та навіть внутрішню мідь розривання фольги.
Максимальний викривлення асиметричної ламінованої гібридної плати може сягати понад 1,2%, що значно перевищує 0,75%, вимоги стандарту IPC-6012. У важких випадках це може вплинути на точність монтажу компонентів поверхневого монтажу SMT.
Розтріскування міді та порушення надійності
Під час процесу термічного циклу структури зі змішаним тиском у різних шарах матеріалу виникають змінні напруги розтягуючого стиску, усі з яких зосереджені на мідних стінках наскрізних отворів. Після тривалого-терміну впливу мікротріщини спочатку з’являться на стінках отвору, що зрештою призведе до розриву ланцюга.
Дані промислових випробувань показують, що після 100 термічних циклів від -40 градусів C до 85 градусів C швидкість розшарування неоптимізованих змішаних натискних пластин може досягати 12%, а стабільність сигналу різко падає на 25%.
Невідповідність діелектричної проникності призводить до втрати контролю імпедансу
Діелектрична проникність Rogers RO4350B становить близько 3,48, тоді як діелектрична проникність звичайного fr4 становить 4,2-4,8. Коли лінії високочастотного сигналу проходять через два шари діелектрика, відбуваються ступінчасті зміни імпедансу, і виміряний піковий зсув імпедансу може досягати +7 Ω, що безпосередньо спричиняє відбиття сигналу, погіршення внесених втрат і погіршує продуктивність радіочастотного зв’язку.
Недостатнє зчеплення між поверхнею призводить до розшаровування та вибуху плати
Поверхнева енергія матеріалів Роджерса на основі PTFE становить лише 18-20 мН/м, а їхня природна адгезія надзвичайно погана. Якщо не проводити плазмову активаційну обробку та використовувати звичайні напівзатверджені листи fr4 замість спеціальних клейових листів Rogers, міцність міжшарового відриву буде набагато нижчою, ніж стандартні вимоги, і його легко нанести шар і вибухнути під впливом високої температури пайки оплавленням.
Низький вихід при обробці підвищує сукупні витрати
Загальний коефіцієнт виходу гібридних ламінатів зазвичай становить лише 75% -85%, що набагато нижче, ніж коефіцієнт виходу понад 95% для чистих чотиришарових ламінатів fr4. Додаткова втрата врожаю компенсує деякі переваги вартості матеріалу. Якщо контроль процесу відсутній, може навіть виникнути ситуація з партіями відходів.
високочастотні плати, pcb fr4