Quando la progettazione ad alta frequenza soddisfa i vincoli dello spazio, un layout puramente piano spesso fallisce.e i laminati ibridi a più strati entrano in gioco.
La scheda che sto guardando oggi e' un esempio perfetto, costruita su una combinazione di RO3210 e RO4450F, questa struttura a quattro strati ha aperture a profondita' controllata e vias cieche,con una lunghezza massima di 20 mm o più, ma non superiore a 50 mm.
EdiliziaVisualizzazione: una costruzione ibrida a quattro strati
Permettetemi di iniziare con i parametri di base. La tavola misura 95 mm per 98 mm e utilizza una struttura in rame a quattro strati.
L'accumulo è piuttosto rappresentativo:
Core 1: 0,508 mm RO3210
Bondply: 0,2 mm RO4450F
Core 2: 0,508 mm RO3210
Spessore totale della laminazione: 1,321 mm
Per la configurazione in rame, gli strati esterni hanno un peso di rame finito di 1 oz (circa 35 μm), mentre gli strati interni usano 0,5 oz (circa 18 μm).La finitura superficiale è una combinazione di argento immersione e oro immersione.
Sul lato cosmetico, lo strato superiore ha una maschera di saldatura verde con serigrafia bianca.
Due caratteristiche del processo meritano particolare attenzione:
Scala di profondità controllata:Dal livello superiore verso il livello interno 1 (una fessura che si ferma tra L1 e L2)
Ceglia via: 1-3 strati ciechi via (perforazione da L1 a L3 senza penetrare l'intera tavola)
RO3210: PTFE ricoperto di ceramica ad elevata dielettricità costante
RO3210 è il membro ad alto Dk della serie RO3200 di Rogers.con il vantaggio chiave di mantenere le prestazioni ad alta frequenza migliorando al contempo la stabilità meccanica.
A 10 GHz, RO3210 offre una costante dielettrica (Dk) di 10,2 ± 0.50, con un valore di progettazione Dk pari a 10.8Il fattore di dissipazione (Df) è 0.0027, che lo colloca nella categoria a basse perdite per i materiali in PTFE.
Perché scegliere un Dk alto?
Una costante dielettrica più alta significa una lunghezza d'onda più breve sulla scheda.Ciò consente di ridurre significativamente l'ampiezza delle antenne e delle strutture risonanti, un vantaggio prezioso per applicazioni a spazio ristretto..
Dal punto di vista termico e meccanico, RO3210 ha una temperatura di decomposizione (Td) superiore a 500°C, che consente di gestire facilmente le temperature di saldatura senza piombo.I coefficienti di espansione termica (CTE) degli assi X e Y sono 13 ppm/°CLa conducibilità termica è di 0,81 W/m·K, la CTE dell'asse Z è di 34 ppm/°C, un numero molto rispettabile per un materiale a base di PTFE.che aiuta con la dissipazione di energia.
Le applicazioni tipiche di RO3210 includono antenne a patch a microstrip, sistemi di comunicazione satellitare, radar di prevenzione delle collisioni automobilistiche, stazioni base di comunicazione wireless,con una lunghezza massima non superiore a 50 mm.
RO4450F: "Colla" per laminazione ibrida ad alta frequenza
Per le schede multilivello ad alta frequenza, lo strato di legame tra i nuclei è critico.con una lunghezza massima non superiore a 50 mm,.
A 10 GHz, il Dk è 3,52 ± 0,05 e il Df è 0.0040L'asse X CTE è 19 ppm/°C, l'asse Y 17 ppm/°C e l'asse Z 50 ppm/°C. L'assorbimento dell'umidità è solo dello 0,09%, e la conduttività termica è di 0,65 W/m·K.
Perché scegliere RO4450F al posto della prepreg FR-4 standard? La risposta risiede nella corrispondenza CTE. RO3210 ha una CTE X/Y intorno a 13 ppm/°C. Mentre la CTE X/Y di FR-4 è tipicamente nell'intervallo 14-16 ppm/°C, la CTE X/Y di FR-4 è di circa 13 ppm/°C.la differenza CTE sull'asse Z è sostanziale. RO4450F ha una CTE dell'asse Z di 50 ppm/°C, significativamente inferiore ai 70-80 ppm/°C del FR-4 standard. Ciò riduce notevolmente il rischio di guasto durante il ciclo termico.
Inoltre, RO4450F è compatibile con la lavorazione FR-4. Può essere stratificato utilizzando processi standard, senza i trattamenti speciali richiesti per i materiali di incollaggio a base di PTFE.
Comprendere le caratteristiche del processo
Scatena di profondità controllata (da alto a strato interno 1)
Una fessura a profondità controllata è un'operazione di fresatura che non attraversa l'intera tavola.Le possibili ragioni includono l'incorporazione di un componenteUna cosa da tenere a mente: la tolleranza di profondità per le fessure di profondità controllate è in genere di +/- 0,1 mm.Ti consiglio di aggiungere un margine confortevole al tuo disegno..
Via cieca 1-3
Un via cieco collega il livello 1 e il livello 3, saltando completamente il livello 2. Rispetto a un via attraverso, questo progetto offre tre vantaggi: libera lo spazio di routing sul livello 2,elimina l'effetto stub sul segnale tramiteIl trade-off è l'aumento della complessità del processo e dei costi ̇ i vias ciechi richiedono una laminazione sequenziale e non possono essere perforati in una sola operazione.
Considerazioni di progettazione e punti di rischio
Corrispondenza CTE
Mentre la CTE X/Y sia di RO3210 che di RO4450F corrisponde ragionevolmente bene al rame, le differenze rimangono nella direzione dell'asse Z.Le vie cieche e attraverso le vie in questa struttura a quattro strati passeranno attraverso più cicli termiciSuggerisco di utilizzare disegni di sollievo da stress termico intorno ai vias critici.
Processo di laminazione ibrida
RO3210 è un materiale a base di PTFE, mentre RO4450F appartiene al sistema di resine di idrocarburi.La superficie in PTFE deve essere sottoposta a trattamento con plasma per ottenere una buona adesione con RO4450F.
Accuratezza della fessura di profondità controllata
Con 0,508 mm RO3210 più 0,2 mm RO4450F, lo spessore totale è di circa 1,3 mm. La fessura di profondità controllata deve fermarsi con precisione tra L1 e L2 con una profondità di circa 0,5 a 0,7 mm.Questo livello di precisione richiede una buona attrezzaturaConsiglierei di confermare le capacità del vostro fabbricante prima di passare alla produzione.
Scenari tipici di applicazione
Sulla base della combinazione di materiali e delle caratteristiche del processo, questa scheda potrebbe essere utilizzata in diversi settori di applicazione:
Elementi di antenna a fascia con spazio limitato
Moduli RF front-end che richiedono componenti incorporati
Reti di alimentazione a più strati
Dispositivi di comunicazione satellitare ad alta densità
Dispositivi per la trasmissione elettronica
Pensieri conclusivi
Questo disegno a quattro strati RO3210 più RO4450F dimostra una tendenza importante nell'ingegneria dei PCB RF: bilanciamento delle prestazioni dei materiali, dei costi di produzione e della densità di integrazione.
L'elevato Dk di RO3210 fornisce la base per la miniaturizzazione.E lo slot a profondità controllata combinato con le vie cieche comprime ulteriormente lo spazio verticale.
Naturalmente, questo tipo di progettazione pone elevate richieste alle capacità di processo del fabbricante.La precisione di allineamento dei vias ciechi sono tutti punti critici da discutere a fondo con la vostra casa di fabbrica prima di prototipo.
Se il vostro progetto deve affrontare sfide di miniaturizzazione e integrazione multilivello, vale la pena considerare questo approccio di progettazione.
Se avete incontrato problemi nella progettazione o nella produzione di tavole laminate ibride, potete condividere la vostra esperienza nei commenti.
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