Роджерсвысокочастотные платыможно смешивать с fr4, который является основным решением для балансировки высокочастотных характеристик и контроля затрат в текущих сценариях, таких как базовые станции 5G и радары миллиметрового диапазона. Общую стоимость материала плиты можно снизить на 30 % - 50 %, но смешивание — это процесс высокого порядка, сопряженный с многочисленными рисками, которые нельзя игнорировать.
Технико-экономическое обоснование смешанного давления
В настоящее время в отрасли существует большое количество зрелых случаев массового производства. Основная серия Rogers RO4000 (RO4350B, RO4003C) сама по себе представляет собой «смешиваемые» материалы, разработанные специально для смешивания с fr4. Производители печатных плат уже имеют стабильные возможности микширования Rogers+fr4.
Основная логика смешанного сжатия заключается в использовании материалов Rogers только в радиочастотном слое, который должен передавать высокочастотные сигналы, при использовании fr4 в других обычных сигнальных слоях и слоях земли, что значительно снижает стоимость всего материала платы, обеспечивая при этом низкие характеристики радиочастотных потерь.
Основной риск смешанного давления
Несоответствие КТР приводит к расслоению и деформации.
Коэффициент теплового расширения по оси Z- обычногоfr4составляет 50-70 ppm/градус C, в то время как КТР по оси Z материалов Rogers на основе ПТФЭ может достигать 200-300 ppm/градус C. При высокой температуре 260 градусов C во время пайки оплавлением разница в расширении между ними может достигать десятков микрометров, и возникающее в результате напряжение сдвига может напрямую вызвать межслоевое расслоение, деформацию поверхности платы и даже разрыв внутренней медной фольги.
Максимальная коробление асимметричной ламинированной гибридной плиты может достигать более 1,2%, что намного превышает 0,75%, требуемые стандартом IPC-6012. В тяжелых случаях это может повлиять на точность монтажа компонентов поверхностного монтажа SMT.
Растрескивание меди и нарушение надежности
В процессе термоциклирования конструкции смешанного давления в разных слоях материала генерируются переменные растягивающие сжимающие напряжения, все из которых сосредоточены на медных стенках сквозных отверстий. После длительного-воздействия сначала на стенках отверстий появляются микротрещины, что в конечном итоге приводит к выходу из строя обрыва цепи.
Данные отраслевых испытаний показывают, что после 100 термических циклов от -40°C до 85°C степень расслоения неоптимизированных смешанных нажимных пластин может достигать 12%, а стабильность сигнала резко падает на 25%.
Несоответствие диэлектрической проницаемости приводит к потере управления импедансом.
Диэлектрическая проницаемость Rogers RO4350B составляет около 3,48, тогда как диэлектрическая проницаемость обычного fr4 составляет 4,2-4,8. Когда высокочастотные сигнальные линии прокладываются через два диэлектрических слоя, происходит ступенчатое изменение импеданса, и измеренный пиковый сдвиг импеданса может достигать +7 Ом, что непосредственно вызывает отражение сигнала, ухудшение вносимых потерь и ухудшение характеристик радиочастотной линии.
Недостаточная адгезия интерфейса приводит к расслоению и взрыву платы.
Поверхностная энергия материалов Rogers на основе ПТФЭ составляет всего 18-20 мН/м, а их естественная адгезия крайне плохая. Если обработка плазменной активацией не проводится и вместо специальных клейких листов Rogers используются обычные полуотвержденные листы fr4, прочность на межслойное отслаивание будет намного ниже, чем стандартные требования, и их легко наслаивать и взрывать под воздействием высокой температуры при пайке оплавлением.
Низкая производительность переработки приводит к огромным затратам
Общий процент выхода гибридных ламинатов обычно составляет всего 75–85%, что намного ниже, чем показатель выхода более 95% для четырехслойных ламинатов из чистого FR4. Дополнительная потеря урожайности компенсирует некоторые преимущества в стоимости материалов. Если контроль процесса отсутствует, может даже возникнуть ситуация с свалкой партий отходов.
высокочастотные платы, печатная плата fr4