Wyjaśnienie laminatów wysokiej częstotliwości: kluczowe postępy w płytkach PCB RF lub mikrofalowych

Słowa kluczowe: Płytka drukowana RF Mikrofalowa

To jest powód, dla którego w ciągu ostatnich kilku lat musieliśmy inwestować w mikrofalowe i RF płytki drukowane, aby móc rozszerzyć nasze możliwości produkcyjne i stać się globalnym producentem laminatów wysokiej częstotliwości. Płytki RF i mikrofalowe zawierają elementy przenoszące sygnały RF lub mikrofalowe.

Ogólnie rzecz biorąc, te zastosowania wymagają laminatów o profilach elektrycznych, termicznych, mechanicznych lub innych, które wykraczają poza proste standardowe cechy FR-4. Dzięki naszemu bogatemu doświadczeniu w produkcji laminatów mikrofalowych na bazie PTFE wiemy, że większość zastosowań wymaga wysokiej niezawodności oraz niskich tolerancji.

Hybrydowa płytka PCB to specjalna kategoria płyt RF i mikrofalowych, które w swojej strukturze wykorzystują zarówno FR-4, jak i PTFE lub jakikolwiek inny materiał.

Magazyn materiałów PCB

Mając na uwadze wszystkie różne cechy każdej aplikacji RF PCB, nawiązaliśmy strategiczne relacje z głównymi dostawcami materiałów, takimi jak Rogers, Arlon, Nelco, Taconic i wielu innych. Większość zapasów jest jednak wyspecjalizowana; posiadamy dość dobre zapasy produktów w naszych magazynach od Rogersa (serie 4003 i 4350), Arlona itp. Niewiele organizacji jest skłonnych to robić, ponieważ koszt utrzymywania zapasów umożliwiających szybką reakcję jest zwykle bardzo wysoki.

Laminaty wysokiej częstotliwości używane do wytwarzania zaawansowanych technologicznie płytek drukowanych komplikują proces projektowania takich płytek ze względu na wrażliwość sygnałów oraz problemy związane z przenoszeniem ciepła w większości zastosowań. Optymalne materiały PCB wysokiej częstotliwości wykazują niską przewodność cieplną w porównaniu z materiałem FR-4 stosowanym w konwencjonalnych PCB.

Sygnały RF i mikrofalowe są niezwykle wrażliwe na szumy i mają wyższe wymagania dotyczące impedancji niż konwencjonalne cyfrowe płytki drukowane. Aby projekt działał w najlepszy możliwy sposób, należy zastosować plany masy oraz generyczne promienie gięcia na śladach o kontrolowanej impedancji. Obecnie prawie wszyscy montażyści i producenci PCB oferują standardowe płytki drukowane stosowane w wielu produktach elektronicznych. Ale nie wszyscy mogą posiadać zdolność do przygotowania płyt RF i mikrofalowych. Zwiększone zainteresowanie urządzeniami elektronicznymi oraz nowe osiągnięcia przyczyniły się do znacznego postępu w tych PCB.

Ponieważ długość fali w obwodzie zależy od jego częstotliwości i materiału, materiały RF i mikrofalowe PCB o wyższych wartościach stałej dielektrycznej (Dk) mogą prowadzić do najmniejszych rozmiarów PCB, ponieważ można stosować zminiaturyzowane projekty obwodów dla określonej impedancji i pewnych zakresów częstotliwości. W większości przypadków, aby uzyskać wyższe Dk, laminaty o Dk wynoszącym 6 lub więcej są stosowane w połączeniu z tańszymi materiałami FR-4 w strukturach wielowarstwowych.

Znajomość CTE, stałej dielektrycznej, współczynnika temperaturowego, TCDK, DF, a nawet takich parametrów jak przenikalność względna i tangens stratności dostępnych materiałów PCB pomoże projektantowi RF PCB w opracowaniu projektu, który spełnia, a może nawet przekracza pożądane charakterystyki.

Przed podjęciem ostatecznych decyzji dotyczących typu użytych podłoży należy określić pewne inne czynniki, a niektóre z nich obejmują następującą szerokość ścieżki dla zakresu grubości płytki, co może zostać pozostawione do ostatecznego ustalenia po ustaleniu częstotliwości pracy obwodu oraz przybliżonych wymiarów głównych komponentów.

Różne typy materiałów RF PCB to:

Polytetrafluorethylene (PTFE) wzmocnione ceramiką, które wykazuje doskonałą stabilność elektryczną i mechaniczną. Materiały obwodowe serii Rogers RO3000 mają dobre właściwości mechaniczne i nie ma zmian w stałej dielektrycznej (Dk), co oznacza, że wielowarstwowe projekty płyt wykorzystujące materiały o różnych stałych dielektrycznych nie doświadczą wypaczeń ani problemów z niezawodnością. Seria produktów RF firmy Taconic ma niski współczynnik strat i wysoką przewodność cieplną, dzięki czemu nie utlenia się, nie żółknie ani nie wykazuje wzrostu dryfu w stałej dielektrycznej i współczynniku strat, jak konkurencyjne materiały na bazie węglowodorów.

Materiał płytki drukowanej Megtron 6 – komponent o ultraniskich stratach, wysokiej odporności cieplnej i wolny od halogenów. Wysokie Tg i minimalny współczynnik rozszerzalności żywicy węglowodorowej MEGTRON 6 czyni go materiałem wyboru dla wysokogęstościowych połączeń (HDI) i układów wysokiej częstotliwości (powyżej 3 GHz).

Laminaty PTFE wzmocnione tkaniną szklaną są wytwarzane z bardzo lekkiej tkaniny szklanej i są jeszcze bardziej stabilne wymiarowo niż kompozyty PTFE wzmocnione włóknem ciętym. Współczynnik strat jest odpowiednio niski w takich materiałach, jak rodzina materiałów Taconic TL; jest więc idealny do zastosowań radarowych zaprojektowanych dla 77 GHz i innych anten w częstotliwościach fal milimetrowych.

Laminaty węglowodorowo-ceramiczne są stosowane w projektach mikrofalowych i milimetrofalowych, ponieważ ten materiał o niskich stratach ułatwia użycie w produkcji obwodów i ma uproszczone właściwości w porównaniu z innymi materiałami PTFE. Seria produktów Rogers RO4000 jest dostępna w szerokim zakresie stałych dielektrycznych (2,55-6,15) i ma średnią do wysokiej przewodność cieplną (0,6-0,8).

Istnieją laminaty PTFE wypełnione szkłem lub ceramiką, takie jak wysokoczęstotliwościowe materiały obwodowe Rogers RT/duroid, które charakteryzują się niskimi stratami elektrycznymi, niską absorpcją wilgoci i niskim odgazowaniem, odpowiednie do zastosowań kosmicznych.

Laminaty mikrofalowe termoutwardzalne cechują się niskim TCDR, dopasowanym do miedzi współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i dobrą wytrzymałością mechaniczną. Laminaty wysokoczęstotliwościowe Rogers TMM są szczególnie odpowiednie dla niezawodnych obwodów paskowych i mikropaskowych.

Specjalistyczne Urządzenia do Obróbki

Większość procesów obróbki płytek PCB RF/mikrofalowych jest podobna do standardowego sprzętu produkcyjnego. Jednak rozwiązania projektowe o największej złożoności zakładają użycie specjalistycznego sprzętu. Zainwestowaliśmy znacznie, aby posiadać wewnętrznie: Sprzęt do trawienia plazmowego jest używany, aby jakość otworów przelotowych była wysoka i mogła sprostać wymaganiom wiercenia zaawansowanej technologii. W trawieniu plazmowym, otwory przelotowe i inne powierzchnie podłoża są trawione przy użyciu plazmy lub gazów trawiących, aby przygotować miejsce na późniejszą powłokę. Sprzęt LDI w przeciwieństwie do bardziej tradycyjnych narzędzi naświetlania fotograficznego, abyśmy mogli osiągnąć znacznie węższe ślady i lepszą rejestrację przód-tył. Sprzęt do wiercenia laserowego wymagany dla wielu różnych materiałów, ponieważ cięcie mechaniczne pozostawia zadziory, rozluźnia strukturę lub nawet powoduje zmianę koloru pod wpływem ciepła. Pomaga nam to również zapewnić klientom mikroprowadnice najwyższej jakości w każdym złożonym zamówieniu.

Standardowe procedury montażu płytek PCB RF i mikrofalowych

Obecnie prawie wszyscy montażyści i producenci płytek PCB oferują standardowe płytki stosowane w wielu produktach elektronicznych. Ale nie wszyscy mogą posiadać zdolność do przygotowania płytek RF i mikrofalowych. Rosnące zainteresowanie urządzeniami elektronicznymi i nowe osiągnięcia przyczyniły się do znacznego postępu w tych płytkach. Poniżej znajduje się lista kilku ważnych kwestii, które są brane pod uwagę przy produkcji tych płytek.

Płytki PCB mikrofalowe RF są wytwarzane przy użyciu wysokiej jakości materiałów, takich jak wysokiej klasy FR4, węglowodór wypełniony ceramiczną, między innymi. Materiały te są popularne, ponieważ są dość grube i można je łatwo wyginać w różne kształty. Mają one pożądaną specyfikację współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE). Materiały te pomagają w zapewnieniu stabilnej struktury płytki, której funkcjonalność jest wzmocniona w ekstremalnych warunkach.

Materiał używany w płytkach PCB RF i mikrofalowych musi gwarantować wydajność płytki we wszystkich rodzajach niekorzystnych warunków.

Materiały HT oznaczają, że możliwe jest uzyskanie dużej liczby warstw, w tym bardzo drobnych geometrii i szczegółowych wzorów.

W tych płytkach wykorzystuje się również sprzęt laserowy do obrazowania, oprócz zastosowania w uzyskiwaniu wąskiej szerokości śladu.