Высокочастотные ламинаты: ключевые достижения в RF или Microwave печатных платах

Ключевые слова: RF Microwave печатная плата

Вот почему за последние несколько лет нам пришлось инвестировать в микроволновые и RF печатные платы, чтобы расширить наши производственные возможности и стать мировым производителем высокочастотных ламинатов. RF и микроволновые печатные платы содержат элементы, передающие RF или микроволновые сигналы.

В целом, эти применения требуют ламинатов, чьи электрические, тепловые, механические или иные рабочие характеристики выходят за рамки простых стандартных характеристик FR-4. Благодаря нашему обширному опыту в производстве микроволновых ламинатов на основе PTFE, мы знаем, что большинство применений требуют высокой надежности, а также малых допусков.

Гибридная печатная плата — это особая категория RF и микроволновых печатных плат, в структуре которых используются как FR-4, так и PTFE или любой другой материал.

Склад материалов для печатных плат

Учитывая все различные особенности каждого применения RF печатных плат, мы сформировали стратегические отношения с крупными поставщиками материалов, такими как Rogers, Arlon, Nelco, Taconic и многими другими. Большая часть запасов является специализированной; тем не менее, у нас на складах имеются довольно хорошие запасы продукции от Rogers (серии 4003 и 4350), Arlon и др. Немногие организации готовы на это, поскольку стоимость хранения запасов для обеспечения быстрого реагирования обычно очень высока.

Высокочастотные ламинаты, используемые для изготовления высокотехнологичных печатных плат, усложняют процесс проектирования таких плат из-за чувствительности сигналов и проблем, связанных с теплопередачей в большинстве применений. Оптимальные высокочастотные материалы для печатных плат демонстрируют низкую теплопроводность по сравнению с материалом FR-4, используемым в обычных печатных платах.

RF и микроволновые сигналы чрезвычайно чувствительны к шумам и предъявляют более высокие требования к импедансу, чем обычные цифровые печатные платы. Для оптимальной работы конструкции необходимо использовать заземляющие полигоны и плавные радиусы изгиба на контролируемых по импедансу дорожках. Почти все сборщики и производители печатных плат в настоящее время предлагают стандартные печатные платы, используемые во многих электронных продуктах. Но не все из них могут обладать возможностями для изготовления RF и микроволновых печатных плат. Возросший интерес к электронным устройствам и новые разработки способствовали значительному прогрессу в области этих печатных плат.

Поскольку длина волны цепи зависит от ее частоты и материала, RF микроволновые материалы для печатных плат с более высокими значениями диэлектрической проницаемости (Dk) могут привести к созданию самых маленьких печатных плат, так как могут использоваться миниатюрные схемы для определенного импеданса и определенных частотных диапазонов. В большинстве случаев для достижения более высокого Dk в многослойных структурах используются ламинаты с Dk 6 и более в сочетании с более дешевыми материалами FR-4.

Знание КТР, диэлектрической проницаемости, температурного коэффициента, TCDK, DF и даже таких параметров, как относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс потерь доступных материалов для печатных плат, поможет разработчику RF печатных плат создать конструкцию, которая соответствует, а возможно, и превосходит желаемые характеристики.

Прежде чем принять окончательное решение о типе используемых подложек, необходимо определить некоторые другие факторы, и некоторые из них включают следующую ширину линии для диапазона толщин платы, которая может быть оставлена для окончательного определения после установления рабочей частоты схемы, а также приблизительных размеров ведущих компонентов.

Различные типы материалов для RF печатных плат:

Политетрафторэтилен (PTFE), армированный керамикой, демонстрирует отличную электрическую и механическую стабильность. Материалы для печатных плат серии Rogers RO3000 обладают хорошими механическими свойствами, и у них не происходит изменений диэлектрической проницаемости (Dk), что означает, что многослойный дизайн плат с использованием материалов с разной диэлектрической проницаемостью не столкнется с проблемами коробления или надежности. Серия продуктов Taconic RF имеет низкий коэффициент диэлектрических потерь и высокую теплопроводность, благодаря чему она не окисляется, не желтеет и не проявляет восходящего дрейфа диэлектрической проницаемости и коэффициента потерь, в отличие от конкурентов на основе углеводородов.

Материал для печатных плат Megtron 6 – компонент со сверхнизкими потерями, высокой термостойкостью и не содержащий галогенов. Высокий TG и минимальный коэффициент расширения MEGTRON 6 на основе углеводородной смолы делают его выбором для высокоплотного монтажа (HDI) и высокоскоростных применений (выше 3 ГГц).

Ламинаты PTFE, армированные тканым стекловолокном, изготавливаются из очень легкого тканого стекловолокна и обладают еще большей размерной стабильностью, чем композиты PTFE, армированные рубленым волокном. Коэффициент диэлектрических потерь в таких материалах, как семейство материалов Taconic TL, действительно низок; таким образом, они идеально подходят для радиолокационных применений, рассчитанных на 77 ГГц, и других антенн в миллиметровом диапазоне частот.

Углеводородно-керамические ламинаты используются в конструкциях для микроволнового и миллиметрового диапазонов частот, поскольку этот материал с низкими потерями облегчает использование в производстве схем и обладает оптимизированными свойствами по сравнению с другими материалами PTFE. Серия продуктов Rogers RO4000 доступна в широком диапазоне диэлектрической проницаемости (2.55-6.15) и имеет среднюю или высокую теплопроводность (0.6-0.8).

Существуют ламинаты PTFE, наполненные стеклом или керамикой, такие как высокочастотные материалы для печатных плат Rogers RT/duroid, которые обладают низкими электрическими потерями, низким влагопоглощением и низким газовыделением, что делает их пригодными для использования в космосе.

Термореактивные микроволновые ламинаты включают низкий TCDR, согласованный с медью коэффициент теплового расширения и хорошую механическую выносливость. Rogers TMM – это высокочастотные ламинаты, особенно подходящие для надежных полосковых и микрополосковых схем.

Специализированное технологическое оборудование

Большая часть обработки микроволновых/ВЧ печатных плат аналогична стандартному производственному оборудованию. Однако решения для проектов высочайшей сложности предполагают использование специализированного оборудования. Мы значительно инвестировали, чтобы иметь собственное: Оборудование для плазменного травления используется для обеспечения высокого качества сквозных отверстий, чтобы они могли выдерживать требования сверления по передовой технологии. При плазменном травлении сквозные отверстия и другие поверхности подложки травятся с помощью плазмы или травильных газов для создания пространства для последующего покрытия. Оборудование LDI в отличие от более традиционных инструментов фотоэкспонирования позволяет нам достигать очень малых ширин дорожек и точного совмещения слоев. Лазерное сверлильное оборудование, необходимое для многих различных материалов, поскольку механическая резка оставляет заусенцы, расслабляет структуру или даже меняет цвет из-за нагрева. Это также помогает нам гарантировать, что мы поставляем клиентам микропереходы наилучшего качества в каждом заказе.

Стандартные процедуры сборки ВЧ и микроволновых печатных плат

Почти все сборщики и производители печатных плат в настоящее время предлагают стандартные печатные платы, используемые во многих электронных продуктах. Но не все из них могут обладать возможностями для изготовления ВЧ и микроволновых печатных плат. Возросший интерес к электронным устройствам и новые разработки способствовали значительному прогрессу в этих печатных платах. Ниже приведен список некоторых важных аспектов, которые учитываются при изготовлении этих печатных плат.

RF микроволновая печатная плата изготавливается с использованием качественных материалов, таких как высококачественный FR4, углеводород с керамическим наполнителем и другие. Эти материалы популярны, поскольку они достаточно толстые и могут быть легко согнуты в различные формы. Они обладают желаемой спецификацией коэффициента теплового расширения (КТР). Эти материалы помогают обеспечить стабильную структуру платы, функциональность которой улучшается в экстремальных условиях.

Материал, используемый в RF и микроволновых печатных платах, должен гарантировать производительность платы при любых неблагоприятных условиях.

Материалы HT означают, что возможно большое количество слоев, включая очень тонкую геометрию и детализированные узоры.

Лазерное оборудование также используется в этих платах для формирования изображений, помимо применения для получения узкой ширины трассировки.