6-слойная гибридная печатная плата: сочетание радиочастотных характеристик RO4003C с технологичностью FR-4

Что делать, если ваш проект требует высокочастотных характеристик, но ваш бюджет не может вместить специализированную обработку материалов из ПТФЕ?Вы объединяете высокопроизводительный радиочастотный ламинат для критических слоев сигнала со стандартным FR-4 ядром для остальныхВы получаете лучшее из обоих миров: превосходные электрические характеристики и доступное производство.

Сегодня я смотрю на 6-слойный гибридные жесткие печатные платы, которые делают именно это.RO4003CУглеводородный керамический материал с Tg170°C FR-4, обеспечивающий контролируемую импедантность, слепые каналы и надежность IPC-класса-3 в одной доске.

Позвольте мне показать вам строительство.

Обзор строительства: 6-слойное гибридное строительство

Это 6-слойный жесткий печатный лист размером 127 на 103 мм, включая край процесса.

Эта доска интересна тем, что она объединяет две материальные семьи:

• Ядро RO4003C∆ стеклоукрепленный углеводородный керамический термоустойчивый ламинат для высокочастотных слоев

• Tg170°C FR-4 препреграмма и ядроДля остальных слоев используется стандартный материал FR-4

Этот гибридный подход позволяет конструктору размещать критические пути радиочастотного сигнала на слоях RO4003C при использовании более дешевого FR-4 для распределения энергии, наземных плоскостей и менее чувствительных сигналов.

Поверхность покрыта твердой электролитической золотой покрытием, что является надежным выбором для досок, требующих хорошей износостойкости и длительного срока хранения.

Планшет включает в себя слепые провода, соединяющие L1-L2 и L5-L6, с медной толщиной отверстия 25 мкм. По всей планете реализована полностью контролируемая импедансная схема.самый высокий класс надежности для высокопроизводительного электронного оборудования.

RO4003C: RF ядро гибрида

Позвольте мне сосредоточиться на звездном материале RO4003C, потому что это то, что делает высокочастотную производительность платы возможной.

RO4003C - это стеклянный углеводородный керамический термоустойчивый ламинат Rogers. Он разработан специально для высокочастотных схем, работающих выше 500 МГц,где стандарт FR-4 больше не может соответствовать электрическим требованиям RF.

Почему вы выбрали RO4003C вместо ламината на основе PTFE?

В отличие от материалов из ПТФЕ, RO4003C не требует специальной натриевой гравировки посредством предварительной обработки.Он полностью совместим со стандартными производственными процессами FR-4Это значительно сокращает затраты на изготовление и время производства, при этом обеспечивая высокую производительность RF.

Электрическая производительность хорошая.Материал поддерживает стабильную диэлектрическую константу в широком диапазоне частот с ультранизким температурным коэффициентом диэлектрической константы (TCDK).Это означает, что ваши импедантно-контролируемые линии передачи будут оставаться постоянными при температурных колебаниях, критически важных для широкополосных радиочастотных и микроволновых схем..

Тепловые свойства не менее впечатляют.с температурой перехода стекла (Tg) более 280°C,RO4003C сохраняет стабильные тепловые свойства на протяжении всего теплового цикла производства ПКБ, включая несколько этапов ламинирования для гибридной сборки. Значение CTE тесно совпадает с медной фольгой, обеспечивая отличную размерную стабильность. Низкий Z-ось CTE обеспечивает целостность покрытого отверстия даже при тяжелых условиях теплового удара.

Дополнительная медная фольга LoPro®Для этой конструкции используется стандартная медная фольга, но есть возможность для более требовательных приложений.

Понимание гибридного подхода

Зачем использовать гибрид вместо RO4003C для всех шести слоев?

RO4003C дороже FR-4. Используя его только там, где он необходим, как правило, внешние слои сигнала или критические слои маршрутизации RF, и используя FR-4 для внутренних слоев, которые переносят энергию, землю,или сигналы низкой скорости, вы получаете радиочастотную производительность, которая вам нужна, не платя за высококачественный материал там, где он не нужен.

Tg170°C FR-4 используется в этой конструкции является само по себе высокопроизводительный вариант FR-4. Стандартный FR-4 имеет Tg около 130-140°C. Tg170°C FR-4 предлагает лучшую тепловую стабильность,что делает его совместимым с процессом ламинирования RO4003C и обеспечивает гибридную доску, способную выдерживать несколько тепловых циклов во время изготовления и сборки.

Особенности процесса: слепые полосы

Доска включает в себя слепые провода, соединяющие L1-L2 и L5-L6.

Зачем использовать слепые жилы?

1. Увеличение плотности маршрутизацииСкрытые виасы освобождают пространство на внутренних слоях

2. Уменьшено с помощью эффектов stub∆ более короткий проход через ступы означает лучшую целостность сигнала на высоких частотах

3. Улучшение распределения электроэнергии√ слепые провода могут соединять поверхностные компоненты непосредственно с внутренними силовыми или грунтовыми слоями, не пересекая всю доску

Толщина меди 25 мкм для отверстий является стандартной для требований IPC-класса-3, обеспечивая надежные механические и электрические соединения.

Контролируемая импеданс: требование, а не опция

Для этой платы установлена полностью контролируемая импедансная схема. На частотах RF и микроволновых частот несоответствие импеданса вызывает отражение сигнала, потерю мощности и снижение производительности.Контролируемая импеданс гарантирует, что характеристическая импеданс каждой линии передачи соответствует источником и нагрузки импеданс, как правило, 50Ω для радиочастотных систем.

Сочетание плотной толерантности RO4003C к Dk и гибридной конструкции стека позволяет производителю достичь точного контроля импеданса.Процесс ламинирования с RO4003C обеспечивает постоянную диэлектрическую толщину и Dk на всех критических слоях сигнала.

Твердое электролитическое золото: прочная поверхность

В отличие от мягкого золота или ENIG (неэлектролитное никелевое погруженное золото), твердое золото содержит кобальт или никелевые отвердители,что делает его более прочным и износостойким.

Эта поверхность идеально подходит для:

• Платы с высокими требованиями к циклам спаривания (например, краевые соединители)

• Приложения, требующие длительного срока хранения

• Окружающие среды, где стойкость к коррозии является критической

Компромисс заключается в том, что твердое золото дороже, чем ENIG, но для высоконадежных приложений долговечность стоит затрат.

Стандарт качества: IPC-класс-3

Эта плата изготавливается по стандартам IPC-класса 3, высшего класса надежности, определенного стандартами IPC.

• Воздушно-космическое и военное оборудование

• Медицинские изделия

• Системы безопасности автомобилей

• Оборудование инфраструктуры высокой надежности

Требования класса 3 включают более строгие допущения толщины отверстия меди (25 мкм против 20 мкм класса 2), более строгие критерии инспекции и более строгие испытания.100% электрическое испытание и полный импеданс контроль, указанный для этой платы соответствуют ожиданиям класса-3.

Типичные применения

Основываясь на комбинации материалов и конструктивных особенностях, этот гибридный ПКБ хорошо подходит для:

• Широкополосные радиочастотные и микроволновые связи

• Контролируемые импедансные линии передачи и сети сопоставления сигналов

• Коммерческие радарные, антенные и беспроводные модули-передатчики

• Радиоустановки базовых станций и инфраструктура беспроводной связи

• Многослойные смешанные диэлектрические высокочастотные ПКБ

• Высокочастотные датчики и промышленные радиочастотные устройства

Консультации по проектированию

Если вы думаете о аналогичном гибридном дизайне, следует иметь в виду несколько моментов.

Совместимость материала имеет решающее значение.RO4003C и FR-4 имеют различные значения CTE. В то время как RO4003C предназначен для тесного сочетания с меди, CTE FR-4 немного отличается.Процесс ламинирования должен быть тщательно контролирован, чтобы свести к минимуму напряжение между слоямиФР-4, используемый в этой конструкции, помогает, обеспечивая лучшее тепловое соответствие, чем стандартный ФР-4.

Слепые через регистрацию требуют точности.С шестью слоями и двумя парами слепых vias (L1-L2 и L5-L6), точность регистрации имеет важное значение.Ваш изготовитель должен иметь опыт с последовательной ламинирования и слепой через формирование.

Контролируемая терпимость импеданса зависит от толщины препрегра.В гибридном стекапе диэлектрическая толщина между слоями определяется толщиной препрегра.Работайте с производителем, чтобы определить допустимые диапазоны допустимости на ранней стадии проектирования.

Заключительные мысли

Этот 6-слойный гибридный ПКБ демонстрирует практический подход к проектированию высокочастотных устройств: используйте высококачественный RF ламинат, где это важно, соедините его с экономически эффективным FR-4, где это не так,и использовать возможности обработки FR-4 для контроля затрат на производство.

RO4003C обеспечивает электрическую производительность, стабильную Dk, низкую потерю, отличную тепловую стабильность без проблем с обработкой PTFE.Слепые каналы увеличивают плотность маршрутизации и улучшают целостность сигналаСтандарт IPC-класса 3 гарантирует, что доска сможет выдерживать самые сложные приложения, а жесткая золотая отделка обеспечивает долгосрочную долговечность.

Если ваш следующий RF дизайн требует контролируемого импиданса, многослойной интеграции и экономичного производства, этот гибридный подход стоит рассмотреть.

Работали ли вы с гибридными стеками, объединяющими RO4003C и FR-4 раньше? Какие проблемы вы столкнулись с сопоставлением материалов или слепым через регистрацию? Опишите свой опыт в комментариях.