Die Hochfrequenz-Platine von Rogers gilt in der PCB-Industrie als die „reichste und schönste Platine“. - Platinen gleicher Größe sind 5- bis 25-mal teurer als herkömmliche FR-4-Platinen. Hierbei handelt es sich nicht einfach um eine „Markenprämie“, sondern um das Ergebnis mehrerer Kosten wie Materialien, Prozesse, Ausrüstung, Ausbeute und Tests.
Die Hochfrequenzplatine von Rogers ist keine einfache Kombination aus Epoxidharz und Glasgewebe, sondern ein spezielles Formelsystem:
PTFE (Polytetrafluorethylen)-Substrat (RO3000-Serie, RT/Duroid-Serie):
Der Preis für reine PTFE-Harzrohstoffe liegt bei etwa 200–350 Yuan/kg und ist damit um ein Vielfaches höher als der für Epoxidharz
Die chemische Trägheit ist extrem stark, bekannt als „Kunststoffkönig“, aber auch die Verarbeitungsschwierigkeiten sind extrem hoch
Df (Verlustfaktor) kann bis zu 0,0009 (bei 10 GHz) betragen, was einer der niedrigsten Werte in der Branche ist
Kohlenstoff-Wasserstoff-Harz + Keramikfüllung (RO4000-Serie, z. B. RO4350B):
Keramische Füllstoffe bestimmen die Dielektrizitätskonstante - Aluminiumoxid (Al₂O3), Aluminiumnitrid (AlN), Strontiumtitanat usw
Je höher der Füllgrad der Keramik, desto stabiler ist der Dk, aber desto schwieriger und aufwendiger ist die Verarbeitung
Im Vergleich zu reinem PTFE ist es besser verarbeitbar und kann ähnliche Verfahren wie FR-4 anwenden, bei hervorragender Kosteneffizienz
Wichtigste technische Barrieren: Dielektrizitätskonstantentoleranz wird auf ± 0,05 (RO4000-Serie) kontrolliert, PTFE-Serie sogar auf ± 0,02. Das bedeutet, dass die Materialformel, die Gleichmäßigkeit der Mischung und der Sinterprozess alle aufs Äußerste überprüft werden müssen und jede geringfügige Abweichung dazu führt, dass die gesamte Charge verschrottet wird.
Der Standardprozess von gewöhnlichem FR-4 wird auf die Hochfrequenzplatine verlagert, und fast jeder Schritt muss aktualisiert und geändert werden:
1. Bohren: Bohrer sind Verbrauchsmaterialien
Gewöhnlicher FR-4: Ein gewöhnlicher Hartlegierungsbohrer ist ausreichend und kostengünstig
Hochfrequenzplatte (einschließlich Keramikfüllung): Keramikpartikel haben eine hohe Härte und gewöhnliche Bohrer nutzen sich sehr schnell ab
Es müssen diamantbeschichtete Bohrer verwendet werden, deren Preis pro Bohrer um ein Vielfaches höher ist als bei herkömmlichen Bohrern
Rotationsgeschwindigkeit von 30.000–40.000 U/min, Vorschubgeschwindigkeit von 5–8 mm/min (normaler FR-4-Vorschub schneller).
Bohrkosten steigen um 20 bis 100 %
PTFE-Substrat: Das Material ist weich und weist eine starke Zähigkeit auf. Bohren ist anfällig für Grate und die Rauheit der Lochwand muss Ra kleiner oder gleich 1,5 μm sein
Um eine Überhitzung und Luftkühlung zu verhindern, muss eine Aluminium-Abdeckplatte verwendet werden, um eine Verformung bei hohen Temperaturen zu vermeiden
Die Rauheit der Lochwand wird auf Ra kleiner oder gleich 1,2 μm kontrolliert und die Öffnungstoleranz beträgt ± 0,01 mm
2. Lochmetallisierung (Kupferabscheidung): eine zusätzliche „Aktivierungs“-Barriere
PTFE-Material weist eine extrem starke chemische Inertheit auf und die herkömmliche Kupferbeschichtung kann überhaupt nicht haften. - Das Abblättern der Beschichtung an der Lochwand ist einer der Hauptgründe für hochfrequenten-Platinenausschuss.
Lösung:
Plasmabehandlung: Mit Plasma wird die Porenwand beschossen, wodurch die Oberfläche aufgeraut und die Aktivität erhöht wird.
Es sind spezielle Plasmaverarbeitungsgeräte erforderlich, wobei ein einzelnes Gerät Zehntausende bis Millionen umfassen kann
Eine Verlängerung der Prozesszeit um etwa 2 bis 4 Stunden erhöht die Kosten um 30 bis 60 %.
Behandlung mit Natriumnaphthalinlösung (traditionelles Verfahren): Starke Korrosivität, hoher Umgebungsdruck, allmählich durch Plasma ersetzt.
3. Schichtung: Schicht für Schicht aufschäumen, nur wenige Grad Celsius entfernt
Die Fließfähigkeit des Harzes und der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von Hochfrequenzplatten unterscheiden sich stark von denen von FR-4, und die direkte Anwendung gewöhnlicher Kompressionsparameter führt unweigerlich zu Problemen:
Vollfrequenzmaterial-Mehrschichtplatine: Komprimierungskosten steigen um 40 % bis 80 %.
Hochfrequenz+FR-4-Hybrid-Stacking (gemischte Komprimierung): Kostensteigerung von 60 % bis 120 %
Unterschiedliche Materialien weisen erhebliche Unterschiede im CTE, asynchrone Wärmeausdehnung und -kontraktion sowie hohe innere Spannungen auf
Es muss ein segmentiertes Gradientenheiz- und Druckaufbauschema übernommen werden, und die Temperaturkurve und die Druckparameter müssen speziell angepasst werden.
Nehmen wir als Beispiel RO4350B: Die Laminiertemperatur beträgt 185 ± 5 Grad, der Druck beträgt 35 ± 5 kg/cm² und die Isolationszeit beträgt 90 ± 10 s. Wenn die Temperatur- und Druckregelung nicht präzise ist, können Probleme wie unzureichende Zwischenschichtbindung, Schichtschäumen, ungleichmäßige Dicke der Mittelschicht und Plattenverzug auftreten.