Высокочастотная-плата Rogers известна в индустрии печатных плат как «богатый красавчик». - Платы того же размера стоят в 5–25 раз дороже, чем обычные платы FR-4. Это не просто «премия за бренд», а результат множества затрат, таких как материалы, процессы, оборудование, производительность и испытания.
Высокочастотная-плата Rogers – это не простая комбинация эпоксидной смолы и стеклоткани, а специальная система формул:
Подложка из ПТФЭ (политетрафторэтилена) (серия RO3000, серия RT/дюроид):
Цена сырья из чистой смолы ПТФЭ составляет около 200-350 юаней/кг, что в несколько раз выше, чем у эпоксидной смолы.
Химическая инертность чрезвычайно сильна, известна как «пластмассовый король», но сложность обработки также чрезвычайно высока.
Df (коэффициент потерь) может составлять всего 0,0009 (на частоте 10 ГГц), что является одним из самых низких уровней в отрасли.
Углеводородная смола+керамический наполнитель (серия RO4000, например RO4350B):
Керамические наполнители определяют диэлектрическую проницаемость - оксид алюминия (Al ₂ O3), нитрид алюминия (AlN), титанат стронция и т. д.
Чем выше коэффициент наполнения керамики, тем стабильнее Dk, но тем сложнее и дороже обработка.
По сравнению с чистым ПТФЭ он обладает лучшей технологичностью и может использовать процессы, аналогичные FR-4, с исключительной экономической эффективностью.
Основные технические барьеры: допуск на диэлектрическую проницаемость контролируется в пределах ± 0,05 (серия RO4000), серия PTFE даже ± 0,02. Это означает, что формула материала, однородность смешивания и процесс спекания должны быть выполнены до предела, и любое незначительное отклонение приведет к списанию всей партии.
Стандартный процесс обычного FR-4 перенесен на высокочастотную плату, и почти каждый этап необходимо модернизировать и модифицировать:
1. Сверление: Сверла являются расходными материалами.
Обычное FR-4: достаточно обычного твердосплавного сверла по низкой цене.
Высокочастотная плита (включая керамический наполнитель): керамические частицы имеют высокую твердость, а обычные сверла очень быстро изнашиваются.
Необходимо использовать сверла с алмазным покрытием, цена за сверло в несколько раз выше, чем у обычных сверл.
Скорость вращения 30 000–40 000 об/мин, скорость подачи 5–8 мм/мин (обычный FR-4 подает быстрее)
Затраты на бурение увеличиваются на 20–100 %.
Подложка из ПТФЭ: материал мягкий и обладает высокой прочностью. При сверлении возможны заусенцы, а шероховатость стенки отверстия должна быть Ra меньше или равна 1,5 мкм.
Необходимо использовать алюминиевую крышку для предотвращения перегрева и воздушного охлаждения во избежание высоко-температурной деформации.
Шероховатость стенки отверстия контролируется при Ra менее или равном 1,2 мкм, а допуск отверстия составляет ± 0,01 мм.
2. Металлизация дырок (осаждение меди): дополнительный «активационный» барьер.
Материал ПТФЭ обладает чрезвычайно высокой химической инертностью, а традиционное покрытие, нанесенное методом осаждения меди, вообще не может прилипать -, отслоение покрытия на стенках отверстия является одной из основных причин-выхода в металлолом высокочастотных плат.
Решение:
Плазменная обработка: использование плазмы для бомбардировки стенок пор, придание поверхности шероховатости и повышение активности.
Требуется специальное оборудование для плазменной обработки, количество одного устройства варьируется от десятков тысяч до миллионов.
Увеличение времени процесса примерно на 2-4 часа увеличивает стоимость на 30–60 %.
Обработка раствором нафталина натрия (традиционный процесс): сильная коррозионная активность, высокое давление окружающей среды, постепенно заменяемое плазмой.
3. Наслаивание: слой за слоем вспенивается с точностью до нескольких градусов Цельсия.
Текучесть смолы и коэффициент теплового расширения (КТР) высокочастотных плит сильно отличаются от FR-4, и непосредственное применение обычных параметров сжатия неизбежно приведет к проблемам:
Многослойная плата из полночастотного материала: стоимость сжатия увеличивается на 40–80 %.
Гибридное стекирование высокой частоты + FR-4 (смешанное сжатие): увеличение стоимости на 60–120 %.
Различные материалы имеют значительные различия в КТР, асинхронном тепловом расширении и сжатии, а также в высоких внутренних напряжениях.
Необходимо использовать схему сегментированного градиентного нагрева и повышения давления, а температурную кривую и параметры давления необходимо специально отрегулировать.
Возьмем в качестве примера RO4350B: температура ламинирования составляет 185 ± 5 градусов, давление — 35 ± 5 кг/см², время изоляции — 90 ± 10 с. Если контроль температуры и давления не является точным, могут возникнуть такие проблемы, как недостаточное межслойное соединение, вспенивание слоев, неравномерная толщина среднего слоя и коробление плиты.