Hohe GeschwindigkeitHochfrequenzplatineist der Hauptträger für die Signalübertragung von High-End-Geräten wie 5G-Basisstationen, KI-Servern, in Fahrzeugen montierten Millimeterwellenradaren, Satellitenkommunikation usw. Das Hauptziel bei der Herstellung besteht darin, einen geringen Signalverlust, eine präzise Impedanzanpassung und eine hohe Signalintegrität zu erreichen. Die Anforderungen an die Materialauswahl und die vollständige Prozesskontrolle sind viel höher als bei gewöhnlichen FR-4-Leiterplatten.
Kernpunkte der Materialauswahl
Materialien sind die Grundlage für die Bestimmung der Leistung von Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Leiterplatten, und die systematische Auswahl muss anhand von drei Kerndimensionen durchgeführt werden: geringer Verlust, hohe Stabilität und Prozessanpassungsfähigkeit.
1. Auswahl des Kernsubstrats
Die dielektrischen Eigenschaften des Substrats bestimmen direkt die Qualität der Signalübertragung, und die Auswahl sollte der vierstufigen Logik „Ratenbestimmungsniveau, Umgebungsbestimmungsstabilität, Strukturbestimmungsprozessanpassung und Chargenbestimmungskosten“ folgen:
Kernindikatoranforderungen: Die Dielektrizitätskonstante (Dk) sollte im Bereich von 2,0 bis 4,0 stabil sein und die Schwankung sollte über einen weiten Frequenz- und Temperaturbereich weniger als ± 0,05 betragen; Der dielektrische Verlustfaktor (Df) liegt bei 10 GHz unter 0,002–0,005; Die Wasserabsorptionsrate beträgt weniger als 0,02 %; Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) entspricht dem der Kupferfolie und liegt bei etwa 17 ppm/Grad.
Mainstream-Substratanpassungsszenarien:
PTFE (Polytetrafluorethylen)-Serie: wie Rogers RO3000/4000, Taconic TLY, Df so niedrig wie 0,0004, geeignet für Millimeterwellen- und Ultrahochgeschwindigkeitsübertragungsszenarien über 56 Gbit/s.
Kohlenstoff-Wasserstoff-Keramik-Verbundwerkstoffe wie Rogers RO4350B können mit FR-4 gemischt werden, um Leistung und Verarbeitungskosten auszugleichen, und sind die gängige Wahl im 10-30-GHz-Frequenzband.
Modifiziertes Epoxidharz: z. B. Isola I-Tera MT40 der Megtron-Serie von Panasonic, geeignet für mittlere bis hohe Geschwindigkeitsszenarien von 10-25 Gbit/s, kompatibel mit herkömmlichen bleifreien Reflow-Lötprozessen.
Auswahlvermeidung: Es ist strengstens verboten, Hochfrequenzsubstrate durch gewöhnliches FR-4 zu ersetzen, um eine starke Signaldämpfung bei hohen Frequenzen zu vermeiden. Setzen Sie das Prinzip „First in, first out“ bei Materialien strikt um, um durch Materialalterung verursachte Abweichungen der dielektrischen Parameter zu verhindern.
2. Auswahl der Stützleiter und Hilfsstoffe
Kupferfolie: HVLP-Kupferfolie mit extrem niedrigem Profil wird bevorzugt, wobei die Oberflächenrauheit Rz auf unter 2 μm kontrolliert wird, wodurch die durch den Skin-Effekt verursachten Hochfrequenz-Leiterverluste deutlich reduziert werden; Die Ultrahochgeschwindigkeitsverbindung kann RA-Walztupfer verwenden, um den ultimativen Effekt einer glatten Kupferoberfläche zu erzielen.
Oberflächenbehandlung: Für Hochfrequenzszenarien werden Silberabscheidung und organische OSP-Lötmaskenprozesse bevorzugt, um zusätzliche HF-Verluste zu vermeiden, die durch die Nickelschicht der ENIG-Goldabscheidung entstehen. Verwenden Sie das Immersionsgoldverfahren nur in Szenarien mit hohem Zuverlässigkeitsschweißbedarf.
Lötstopplack: Wählen Sie einen speziellen Hochfrequenz-Lötstopplack mit niedrigem Dk und niedrigem Df, um zusätzliche Einfügungsverluste und Störungen der Signalübertragung zu vermeiden, die durch das Abdecken der Verkabelung mit gewöhnlichem Lötstopplack entstehen.
Kernpunkte der gesamten Prozesssteuerung
Der Massenproduktionsertrag und die Leistungskonsistenz von Hochfrequenz-Leiterplatten mit hoher Geschwindigkeit hängen von einer exklusiven Präzisionssteuerung während des gesamten Prozesses ab, und die Anforderungen an die Steuerungsgenauigkeit für Kernprozesse sind viel höher als die für gewöhnliche Leiterplatten.
1. Bohr- und Hinterbohrtechnik
Mit einem brandneuen, nicht schleifenden Bohrer, gepaart mit einer dicken Aluminium-Abdeckplatte und einem hochdichten Melamin-Pad mit den exklusiven Parametern „hohe Geschwindigkeit, kleine Vorschubgeschwindigkeit“ wird die Lochwandrauheit streng auf 20 μm kontrolliert, um eine Pulverisierung und Delaminierung des Substrats zu vermeiden.
Um das Problem der Hochfrequenzsignal-Restpfahlinterferenz zu lösen, wird ein Präzisions-Rückbohrverfahren verwendet, um die Tiefengenauigkeit innerhalb von 4 Mil zu kontrollieren und so Impedanzversatz und Signalübersprechen, die durch übermäßige Lochspalten verursacht werden, vollständig zu eliminieren. Dies ist ein wesentlicher Prozess für Millimeterwellen-Leiterplatten.
Der Ausrichtungsfehler zwischen den Schichten der Lochposition darf 0,05 mm nicht überschreiten, um elektrische Leistungsanomalien zu verhindern, die durch eine Fehlausrichtung zwischen den Schichten verursacht werden. Die Platte mit starker Feuchtigkeitsaufnahme muss nach dem Bohren 4 Stunden lang bei 150 Grad gebrannt werden, um Feuchtigkeit zu entfernen.
2. Lochmetallisierungsprozess
Die chemische Inertheit der Oberfläche von Hochfrequenzsubstraten wie PTFE ist extrem stark und herkömmliche Kupferabscheidungsprozesse können keine zuverlässige Bindung erreichen, was die größte Schwierigkeit bei der Herstellung darstellt:
Durch die Plasmaaktivierung (O₂/CF₄/N₂-Kombination) oder den Aktivierungsprozess mit Natriumnaphthalinlösung werden die inerten Molekülketten auf der Oberfläche des Substrats zerstört und die Bindungskraft zwischen der Kupferschicht und dem Substrat auf 1,2–1,5 N/mm erhöht.
Erhöhen Sie die Konzentration der Verkupferungslösung ordnungsgemäß, verlängern Sie die Reaktionszeit, schalten Sie die Ultraschallfunktion des Verkupferungsdrahts aus, stellen Sie sicher, dass die Kupferdicke der Lochwand mindestens 25 μm beträgt, erfüllen Sie die 20 %-Verdickungsanforderung der IPC-Klasse-2-Norm und vermeiden Sie eine Wärmeausdehnung in der Z--Achse, die zum Bruch der Lochwand führt.
3. Grafischer Transfer- und Ätzprozess
Kontrollieren Sie die Linienbreitentoleranz streng innerhalb von ± 2 % und überprüfen Sie mit einem Hundertfachspiegel die Linienbreite und den Abstand der Mikrostreifenleitung auf der ersten Platine, um die Impedanzgenauigkeit sicherzustellen.
Kontrollieren Sie die Ätzgeschwindigkeit und Gleichmäßigkeit genau, um glatte und gratfreie Kanten des Schaltkreises zu gewährleisten und Störungen durch Signalstreuung zu vermeiden. Das restliche Kupfer innerhalb eines Bereichs von 2,54 mm um die geätzte Mikrostreifenleitung muss gründlich entfernt werden, und es ist strengstens verboten, das restliche Kupfer mit einer Klinge abzukratzen.
Bei den meisten PTFE-Platten ist das Schleifen nach dem Ätzen verboten, um eine Beschädigung der Ebenheit der Kupferoberfläche und zusätzliche Verluste zu verhindern.
4. Laminierter Prozess
Kontrollieren Sie die drei Hauptparameter Temperatur, Druck und Zeit für die Laminierung genau, um einen gleichmäßigen Klebstofffluss der halb ausgehärteten Folie (PP-Folie) sicherzustellen, keine Blasen oder Delaminierung zwischen den Schichten und die Dickentoleranz des Mediums innerhalb eines sehr kleinen Bereichs zu kontrollieren, um direkt die Impedanzkonsistenz sicherzustellen.
Die CTE-Übereinstimmung verschiedener Materialien muss für mehrschichtige Mischdruckstrukturen überprüft werden, um Lochwandrisse und Delaminationsfehler während mehrerer Press- und Reflow-Lötprozesse zu verhindern. Vor dem Laminieren müssen PTFE-Platten zwei Stunden lang bei 150 Grad gebrannt werden, um Feuchtigkeit zu entfernen und eine Schaumbildung nach dem Laminieren zu vermeiden.