RogersHochfrequenzplatinenkann mit fr4 gemischt werden, der Mainstream-Lösung für den Ausgleich von Hochfrequenzleistung und Kostenkontrolle in aktuellen Szenarien wie 5G-Basisstationen und Millimeterwellenradar. Die gesamten Materialkosten der Platine können um 30 % -50 % gesenkt werden, das Mischen ist jedoch ein komplexer Prozess mit zahlreichen Risiken, die nicht ignoriert werden können.
Machbarkeitsbasis für Mischdruck
Derzeit gibt es in der Branche eine große Anzahl ausgereifter Massenproduktionsfälle. Die gängigen Rogers RO4000-Serien (RO4350B, RO4003C) sind selbst „mischbare“ Materialien, die speziell für das Mischen mit fr4 entwickelt wurden. Leiterplattenhersteller verfügen bereits über stabile Rogers+fr4-Mischverarbeitungsfähigkeiten.
Die Kernlogik der gemischten Komprimierung besteht darin, Rogers-Materialien nur in der HF-Schicht zu verwenden, die Hochfrequenzsignale übertragen muss, während fr4 in den anderen gewöhnlichen Signal- und Erdungsschichten verwendet wird, wodurch die Kosten für das gesamte Platinenmaterial erheblich gesenkt werden und gleichzeitig eine geringe HF-Verlustleistung gewährleistet wird.
Das Kernrisiko des gemischten Drucks
Eine Nichtübereinstimmung des CTE führt zu Delamination und Verzug
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der gewöhnlichen Z--Achsefr4beträgt 50-70 ppm/Grad C, während der Z-Achsen-WAK von Rogers-Materialien auf PTFE-Basis 200–300 ppm/Grad C erreichen kann. Bei einer hohen Temperatur von 260 Grad C während des Reflow-Lötens kann der Ausdehnungsunterschied zwischen den beiden mehrere zehn Mikrometer erreichen, und die resultierende Scherspannung kann direkt zu einer Delaminierung zwischen den Schichten, einer Verformung der Platinenoberfläche und sogar einem Riss der inneren Kupferfolie führen.
Die maximale Verformung der asymmetrisch laminierten Hybridplatte kann über 1,2 % betragen und liegt damit weit über den von der Norm IPC-6012 geforderten 0,75 %. In schweren Fällen kann es die Genauigkeit der Komponentenmontage bei der SMT-Oberflächenmontage beeinträchtigen.
Kupferrisse und Zuverlässigkeitsfehler
Während des thermischen Wechselprozesses der Mischdruckstruktur werden in verschiedenen Materialschichten wechselnde Zug-Druckspannungen erzeugt, die sich alle auf die Kupferwände der Durchgangslöcher konzentrieren. Nach längerer Einwirkung treten zunächst Mikrorisse an den Lochwänden auf, die letztendlich zu einem Ausfall des offenen Stromkreises führen.
Industrietestdaten zeigen, dass nach 100 thermischen Zyklen von -40 °C bis 85 °C die Delaminationsrate nicht optimierter Mischdruckplatten 12 % erreichen kann und die Signalstabilität stark um 25 % abnimmt.
Eine Nichtübereinstimmung der Dielektrizitätskonstante führt zu einem Kontrollverlust der Impedanz
Die Dielektrizitätskonstante von Rogers RO4350B beträgt etwa 3,48, während die Dielektrizitätskonstante von gewöhnlichem fr4 4,2-4,8 beträgt. Wenn Hochfrequenzsignalleitungen über zwei dielektrische Schichten geführt werden, kommt es zu Impedanzstufenänderungen, und die gemessene Impedanzspitzenverschiebung kann +7 Ω erreichen, was direkt zu Signalreflexion, Verschlechterung der Einfügungsdämpfung und einer Beeinträchtigung der Leistung der HF-Verbindung führt.
Eine unzureichende Grenzflächenhaftung führt zur Delaminierung und Explosion der Platine
Die Oberflächenenergie von Rogers-Materialien auf PTFE-Basis beträgt nur 18-20 mN/m und ihre natürliche Haftung ist äußerst schlecht. Wenn keine Plasmaaktivierungsbehandlung durchgeführt wird und anstelle von Rogers-spezifischen Klebefolien gewöhnliche halbgehärtete Fr4-Folien verwendet werden, ist die Abziehfestigkeit zwischen den Schichten viel geringer als die Standardanforderungen, und es kann leicht zu einer direkten Schichtung und Explosion unter der Hochtemperatureinwirkung des Reflow-Lötens kommen.
Eine geringe Verarbeitungsausbeute treibt die Gesamtkosten in die Höhe
Die Gesamtausbeute von Hybridlaminaten beträgt normalerweise nur 75–85 % und ist damit weitaus niedriger als die Ausbeute von über 95 % für reine Fr4-Vierschichtlaminate. Der zusätzliche Ertragsverlust wird einen Teil der Materialkostenvorteile ausgleichen. Wenn die Prozesskontrolle nicht vorhanden ist, kann es sogar zu Chargenabfallplatten kommen.
Hochfrequenzplatinen, FR4-Platine