Die F4B-Hochfrequenzplatine (PTFE-Substrat) ist derzeit das Kernsubstrat für Hochfrequenzszenarien wie 5G-Kommunikation, Satellitenkommunikation, Millimeterwellenradar usw. Ihre Hauptvorteile liegen im extrem geringen dielektrischen Verlust und der hervorragenden Stabilität der Dielektrizitätskonstante. Aufgrund der besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften des PTFE-Materials gibt es jedoch viele technische Barrieren, die sich in der gesamten Prozessverarbeitung von gewöhnlichen FR-4-Platten unterscheiden.
Grundlegende Grundparameter und Stabilität der Dielektrizitätskonstante
Typische Modellparameter: Unter 10-GHz-Testbedingungen weist das Mainstream-F4BM265 eine Dielektrizitätskonstante (DK) von 2,65 ± 0,05, einen Verlustfaktor (DF) von nur 0,0013 und einen DF von nur 0,0019 bei 20 GHz auf, was viel besser ist als bei gewöhnlichen FR4-Boards.
Vorteile der Stabilität der Dielektrizitätskonstante: Durch die Verwendung eines wissenschaftlichen Verhältnisses von Glasgewebe und PTFE-Harz zur Kompression ist der Bereich der Dielektrizitätskonstante breiter als bei gewöhnlichen PTFE-Platten. Die DK-Schwankung zwischen Chargen kann innerhalb von ± 0,05 kontrolliert werden, und die Impedanzdrift von 50-Ω-Mikrostreifenleitungen kann innerhalb von ± 3 Ω im Hochfrequenzbereich von 28 GHz kontrolliert werden, wodurch eine starke Verschlechterung der Rückflussdämpfung vermieden wird.
Voraussetzung für die Stabilitätsgarantie: Vor der Produktion ist es notwendig, den Dk/Df jeder Plattencharge erneut mit der Hohlraumresonanzmethode zu testen. Es können nur Chargen freigegeben werden, deren Messwerte genau mit den Designvorgaben übereinstimmen, um eine Beeinträchtigung der elektrischen Leistung der gesamten Platine aufgrund von Substratchargenabweichungen zu vermeiden.
Kernbearbeitungsschwierigkeiten und gezielte Lösungen
1. Schwierigkeiten beim Bohrvorgang
Schwierigkeitsgrad: PTFE-Material ist weich und weist eine hohe Zähigkeit auf. Bei der Verarbeitung mit gewöhnlichen Bohrnadeln wird das Material nicht geschnitten, sondern „mit dem Messer geschnitten“, was leicht zu Ziehen, Graten und Abblättern der Lochwand führen kann. Die Ansammlung von Bohrwärme kann auch dazu führen, dass PTFE schmilzt und an der Lochwand haftet.
Lösung: Unter Verwendung eines neuen Hartlegierungsbohrers mit einem Spitzenwinkel von 130 Grad wird die Spindelgeschwindigkeit zwischen 60.000 und 80.000 U/min gesteuert, und es werden mehrstufige Tiefbohrer verwendet, um das einzelne Schnittvolumen und die Wärmeansammlung zu reduzieren. Der im Inland hergestellte F4B verwendet eine Abdeckplatte aus Aluminiumblech, und nach dem Bohren werden Hochdruckluftpistolen verwendet, um den Staub im Inneren des Lochs wegzublasen. Die scharfen Kanten des Lochs werden manuell bearbeitet und mechanisches Polieren ist verboten, um eine Ausdehnung und Verformung der Platte zu verhindern.
2. Lochmetallisierungskernschwelle
Schwierigkeitsgrad: PTFE-Material hat eine extrem niedrige Oberflächenenergie (ca. 18 dyn/cm²), eine starke chemische Inertheit und ein gewöhnlicher chemischer Kupferabscheidungsprozess kann nicht effektiv haften, was den technischen Kernschwellenwert für die F4B-Hochfrequenzplattenverarbeitung darstellt.
Lösung: Durch die Anwendung einer branchenüblichen Plasmaaktivierungsbehandlung wird die Oberflächenenergie der Porenwand durch physikalischen Beschuss und chemische Reaktionen auf über 52 dyn/cm² erhöht, wodurch eine ideale Bindungsschnittstelle für die Kupferabscheidung entsteht. Es können auch spezielle Hochfrequenz-Porenbehandlungsmittel verwendet werden, die eine halbe Stunde lang einweichen, bevor mit dem Kupferabscheidungsprozess begonnen wird. Die Dicke des Porenkupfers sollte auf ein Minimum von 18 μm und einen Durchschnitt von 20 μm eingestellt werden. Es wird empfohlen, die Dicke des Porenkupfers durch Impulsgalvanisierung auf mindestens 25 μm für die gemischte Platte zu erhöhen.
3. Steuerung der Grafikübertragung und Größenerweiterung
Schwierigkeitsgrad: Der Wärmeausdehnungskoeffizient von F4B-Blech ist 13-mal so hoch wie der von Stahl, und seine Textur ist weich und lässt sich leicht durch äußere Kräfte verformen. Bei der normalen Filmbelichtung ist es schwierig, die Anforderungen einer Linienbreitengenauigkeit von ± 0,02 mm zu erfüllen, und nach dem Pressen mehrschichtiger Platten kann es leicht zu Abweichungen bei der Ausrichtung zwischen den Schichten kommen.
Lösung: Durch den Einsatz der LDI-Laser-Direktbildgebungstechnologie wird die grafische Positionierungsgenauigkeit auf 5 μm-Niveau gesteuert und die Belichtungswerkstatt hält eine konstante Temperatur von 23 ± 1 Grad und eine konstante Luftfeuchtigkeit von 50 ± 5 % aufrecht; Erstellen Sie eine Datenbank zur Kompensation der Ausdehnung und Kontraktion verschiedener Modelle von F4B-Boards und passen Sie die Kompensationskoeffizienten im Voraus während der CAM-Phase an. Die Abweichung zwischen der Endproduktgröße und dem Designwert kann innerhalb von weniger als oder gleich ± 0,075 mm kontrolliert werden.
4. Schwierigkeiten beim Lötstopplackprozess
Schwierigkeitsgrad: Die geringe Oberflächenenergie von PTFE kann zu einer schlechten Haftung des Grünöls führen, wodurch es während der Verarbeitung zum Schäumen und Abblättern des Grünöls neigt, was die Zuverlässigkeit der Plattenoberfläche beeinträchtigt.
Lösung: Vor dem Lötstopplack werden säuregewaschene Platten zur Vorbehandlung verwendet, und mechanisches Schleifen und Bürsten ist vollständig verboten, um eine Verformung der Platte zu vermeiden und die Haftung der Plattenoberfläche zu verbessern, wodurch das Schäumen von grünem Öl und Probleme mit dem Ablösen von der Wurzel reduziert werden.
Mainstream-Anwendungsszenarien
Die F4B-Hochfrequenzplatine mit ihrer stabilen elektrischen Hochfrequenzleistung und hohen Kosteneffizienz wird derzeit häufig in HF-Bereichen wie Phasenschiebern, Leistungsteilern, Kopplern, Speisenetzwerken, Phased-Array-Antennen, Satellitenkommunikationsgeräten, 5G-Basisstationsantennen usw. eingesetzt. Sie ist eine kostengünstige Wahl, um importierte Rogers-Platinenmaterialien in Hochfrequenzszenarien der mittleren bis oberen Preisklasse zu ersetzen.