Ad alta velocitàPCB ad alta frequenzaè il vettore principale per la trasmissione del segnale di apparecchiature-di fascia alta come stazioni base 5G, server AI, radar a onde millimetriche montati su veicoli, comunicazioni satellitari, ecc. Il suo obiettivo principale di produzione è ottenere una bassa perdita di segnale, una corrispondenza precisa dell'impedenza e un'elevata integrità del segnale. I requisiti per la selezione dei materiali e il controllo completo del processo sono molto più elevati di quelli per i normali circuiti stampati FR-4.
Punti fondamentali della selezione dei materiali
I materiali sono la base per determinare le prestazioni dei circuiti stampati ad alta-velocità e ad alta-frequenza e la selezione sistematica deve essere completata attorno a tre dimensioni fondamentali: basse perdite, elevata stabilità e adattabilità del processo.
1. Selezione del substrato principale
Le proprietà dielettriche del substrato determinano direttamente la qualità della trasmissione del segnale e la selezione dovrebbe seguire la logica in quattro fasi di "livello di determinazione della velocità, stabilità della determinazione dell'ambiente, adattamento del processo di determinazione della struttura e costo della determinazione del lotto":
Requisiti dell'indicatore principale: la costante dielettrica (Dk) dovrebbe essere stabile nell'intervallo compreso tra 2,0 e 4,0 e la fluttuazione dovrebbe essere inferiore a ± 0,05 su un ampio intervallo di frequenze e temperature; Il fattore di perdita dielettrica (Df) è inferiore a 0,002-0,005 a 10GHz; Il tasso di assorbimento dell'acqua è inferiore allo 0,02%; Il coefficiente di espansione termica (CTE) corrisponde a quello del foglio di rame, a circa 17 ppm/grado.
Scenari di adattamento del substrato tradizionale:
Serie PTFE (politetrafluoroetilene): come Rogers RO3000/4000, Taconic TLY, Df fino a 0,0004, adatto per onde millimetriche e scenari di trasmissione ad altissima velocità superiori a 56 Gbps.
I materiali compositi ceramici di idrogeno di carbonio, come Rogers RO4350B, possono essere miscelati con FR-4, bilanciando prestazioni e costi di elaborazione, e rappresentano la scelta principale nella banda di frequenza 10-30GHz.
Resina epossidica modificata: come la serie Panasonic Megtron Isola I-Tera MT40, adatta per scenari a velocità medio-alta di 10-25 Gbps, compatibile con i tradizionali processi di saldatura a riflusso senza piombo.
Evitare la selezione: è severamente vietato sostituire i substrati ad alta-frequenza con il normale FR-4 per evitare una grave attenuazione del segnale alle alte frequenze; Attuare rigorosamente il principio first in, first out dei materiali per prevenire la deviazione dei parametri dielettrici causata dall'invecchiamento del materiale.
2. Selezione dei conduttori di supporto e dei materiali ausiliari
Foglio di rame: è preferito il foglio di rame HVLP-a profilo ultrabasso, con ruvidità superficiale Rz controllata inferiore a 2 μ m, che riduce significativamente le perdite del conduttore ad alta-frequenza causate dall'effetto pelle; Il collegamento ad altissima velocità può utilizzare rame laminato RA per ottenere il massimo effetto di superficie liscia in rame.
Trattamento superficiale: per scenari ad alta-frequenza, sono preferibili i processi di deposizione di argento e maschera di saldatura organica OSP per evitare ulteriori perdite RF introdotte dallo strato di nichel della deposizione di oro ENIG; Utilizzare il processo dell'oro per immersione solo in scenari di richiesta di saldatura ad alta affidabilità.
Resistenza di saldatura: seleziona resistenza di saldatura specializzata ad alta-frequenza con basso Dk e basso Df per evitare ulteriori perdite di inserzione e interferenze con la trasmissione del segnale causate dalla copertura del cablaggio con normale resistenza di saldatura.
Punti fondamentali del controllo del processo dell'intero processo
La resa della produzione di massa e la costanza delle prestazioni dei circuiti stampati ad alta-velocità-alta frequenza si basano su un controllo di precisione esclusivo durante l'intero processo e i requisiti di accuratezza del controllo per i processi principali sono molto più elevati di quelli per i normali circuiti stampati.
1. Tecnologia di perforazione e backdrilling
Utilizzando una nuovissima punta da trapano non abrasiva, abbinata a una spessa piastra di copertura in alluminio e a un cuscinetto in melammina ad alta- densità, con parametri esclusivi di "alta velocità, velocità di avanzamento ridotta", la ruvidità della parete del foro viene rigorosamente controllata entro 20 μ m per evitare la spolveratura e la delaminazione del substrato.
Per risolvere il problema dell'interferenza residua del palo del segnale ad alta frequenza-, viene utilizzato un processo di perforazione posteriore di precisione per controllare la precisione della profondità entro 4 mil, eliminando completamente l'offset dell'impedenza e la diafonia del segnale causata da colonne di fori in eccesso. Questo è un processo essenziale per i circuiti stampati a onde millimetriche.
L'errore di allineamento dell'interstrato della posizione del foro non deve superare 0,05 mm per evitare anomalie delle prestazioni elettriche causate dal disallineamento dell'interstrato; La tavola con forte assorbimento di umidità deve essere cotta a 150 gradi per 4 ore dopo la perforazione per rimuovere l'umidità.
2. Processo di metallizzazione dei fori
L'inerzia chimica superficiale dei substrati ad alta-frequenza come il PTFE è estremamente elevata e i processi convenzionali di deposizione del rame non possono ottenere un legame affidabile, che rappresenta la difficoltà maggiore nella produzione:
Utilizzando l'attivazione al plasma (combinazione O ₂/CF ₄/N ₂) o il processo di attivazione della soluzione di naftalene di sodio, le catene molecolari inerti sulla superficie del substrato vengono distrutte e la forza di legame tra lo strato di rame e il substrato viene aumentata a 1,2-1,5 N/mm.
Aumentare adeguatamente la concentrazione della soluzione di placcatura in rame, prolungare il tempo di reazione, disattivare la funzione ultrasonica del filo di placcatura in rame, assicurarsi che lo spessore del rame della parete del foro sia maggiore o uguale a 25 μ m, soddisfare il requisito di ispessimento del 20% dello standard IPC Classe 2 ed evitare l'espansione termica dell'asse Z- che causa la frattura della parete del foro.
3. Processo di trasferimento grafico e incisione
Controllare rigorosamente la tolleranza della larghezza della linea entro ± 2% e utilizzare uno specchio cento volte per controllare la larghezza della linea e la spaziatura della linea della microstriscia sulla prima scheda per garantire la precisione dell'impedenza.
Controllare accuratamente la velocità e l'uniformità dell'incisione per garantire bordi lisci e privi di bave del circuito, evitando interferenze causate dalla dispersione del segnale; Il rame residuo entro un intervallo di 2,54 mm attorno alla linea della microstriscia incisa deve essere rimosso completamente ed è severamente vietato raschiare via il rame residuo con una lama.
Alla maggior parte dei fogli di PTFE non è consentita la molatura dopo l'attacco per evitare danni alla planarità della superficie del rame e introdurre ulteriori perdite.
4. Processo laminato
Controlla accuratamente i tre parametri principali di temperatura, pressione e tempo per la laminazione, garantendo un flusso adesivo uniforme del foglio semi-indurito (foglio PP), assenza di bolle o delaminazione tra gli strati e controllo della tolleranza dello spessore del mezzo entro un intervallo molto piccolo, garantendo direttamente la coerenza dell'impedenza.
È necessario verificare la corrispondenza del CTE dei diversi materiali per strutture a pressione mista multi-strato per prevenire crepe nelle pareti dei fori e guasti per delaminazione durante processi multipli di pressatura e saldatura a riflusso; Prima di laminare i fogli di PTFE, è necessario cuocerli a 150 gradi per 2 ore per rimuovere l'umidità ed evitare la formazione di schiuma dopo la laminazione.