Płytki wysokiej-częstotliwości Rogers są znane w branży PCB jako „przystojni bogaci” -. Ceny płyt tej samej wielkości są od 5 do 25 razy wyższe niż zwykłe FR-4. Nie jest to po prostu „premia za markę”, ale wynik wielu kosztów, takich jak materiały, procesy, sprzęt, wydajność i testy.
Płytka wysokiej-częstotliwości Rogers nie jest prostym połączeniem żywicy epoksydowej i tkaniny szklanej, ale specjalnym systemem formuł:
Podłoże PTFE (politetrafluoroetylen) (seria RO3000, seria RT/duroid):
Cena surowców z czystej żywicy PTFE wynosi około 200-350 juanów/kg, czyli kilkakrotnie więcej niż cena żywicy epoksydowej
Obojętność chemiczna jest niezwykle silna, znana jako „król plastiku”, ale trudność w przetwarzaniu jest również niezwykle wysoka
Df (współczynnik strat) może wynosić zaledwie 0,0009 (przy 10 GHz), co stanowi jeden z najniższych poziomów w branży
Żywica węglowo-wodorowa + wypełnienie ceramiczne (seria RO4000, np. RO4350B):
Wypełniacze ceramiczne określają stałą dielektryczną - tlenku glinu (Al ₂ O3), azotku glinu (AlN), tytanianu strontu itp.
Im wyższy stopień wypełnienia ceramicznego, tym bardziej stabilny Dk, ale tym trudniejsza i kosztowniejsza jest obróbka
W porównaniu z czystym PTFE ma lepszą przetwarzalność i można w nim stosować procesy podobne do FR-4, przy wyjątkowej opłacalności
Podstawowe bariery techniczne: stała dielektryczna tolerancja kontrolowana w zakresie ± 0,05 (seria RO4000), seria PTFE nawet ± 0,02. Oznacza to, że skład materiału, jednorodność mieszania i proces spiekania muszą zostać dobrane maksymalnie, a wszelkie niewielkie odchylenia spowodują wyrzucenie całej partii.
Standardowy proces zwykłego FR-4 zostaje przeniesiony na płytkę wysokiej częstotliwości i prawie każdy krok wymaga aktualizacji i modyfikacji:
1. Wiercenie: Wiertła są materiałami eksploatacyjnymi
Zwykłe FR-4: wystarczy zwykłe wiertło ze stopu twardego, przy niskim koszcie
Płyta wysokiej częstotliwości (zawierająca wypełnienie ceramiczne): Cząsteczki ceramiczne mają dużą twardość, a zwykłe wiertła zużywają się bardzo szybko
Należy stosować wiertła z powłoką diamentową, a cena za wiertło jest kilkakrotnie wyższa niż w przypadku zwykłych wierteł
Prędkość obrotowa 30000~40000 obr/min, prędkość posuwu 5~8mm/min (szybszy posuw w zwykłym FR-4)
Koszty wiercenia wzrastają o 20% do 100%
Podłoże PTFE: Materiał jest miękki i ma dużą wytrzymałość. Wiercenie jest podatne na zadziory, a chropowatość ścianki otworu musi być Ra mniejsza lub równa 1,5 μm
Należy zastosować aluminiową pokrywę, aby zapobiec przegrzaniu i ochłodzeniu powietrzem, aby uniknąć deformacji w wysokiej-temperaturze
Chropowatość ścianki otworu jest kontrolowana przy Ra mniejszym lub równym 1,2 μm, a tolerancja apertury wynosi ± 0,01 mm
2. Metalizacja otworów (osadzanie miedzi): dodatkowa bariera „aktywacyjna”.
Materiał PTFE charakteryzuje się wyjątkowo dużą obojętnością chemiczną, a powłoka konwencjonalnego procesu osadzania miedzi w ogóle nie przylega. - Łuszczenie się powłoki na ściance otworu jest jedną z głównych przyczyn-złomowania płytek o wysokiej częstotliwości.
Rozwiązanie:
Obróbka plazmowa: użycie plazmy do bombardowania ścian porów, szorstkowania powierzchni i zwiększenia aktywności.
Wymagany jest specjalny sprzęt do przetwarzania plazmy, z pojedynczym urządzeniem, którego liczba wynosi od dziesiątek tysięcy do milionów
Wydłużenie czasu procesu o około 2-4 godziny zwiększa koszt o 30% do 60%
Obróbka roztworem naftalenu sodu (proces tradycyjny): Silna korozyjność, wysokie ciśnienie otoczenia, stopniowo zastępowane plazmą.
3. Nakładanie warstw: warstwa po warstwie, spienianie w temperaturze zaledwie kilku stopni Celsjusza
Płynność żywicy i współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) płyty-o wysokiej częstotliwości znacznie różnią się od FR-4, a bezpośrednie zastosowanie zwykłych parametrów ściskania nieuchronnie spowoduje problemy:
Płyta wielowarstwowa z materiału o pełnej częstotliwości: koszt kompresji wzrasta o 40% ~ 80%
Układanie hybrydowe wysokiej częstotliwości + FR-4 (kompresja mieszana): wzrost kosztów o 60% ~ 120%
Różne materiały mają znaczne różnice we współczynniku CTE, asynchronicznej rozszerzalności i kurczeniu cieplnym oraz wysokich naprężeniach wewnętrznych
Należy przyjąć podzielony na segmenty schemat gradientowego ogrzewania i zwiększania ciśnienia, a krzywa temperatury i parametry ciśnienia muszą być specjalnie dostosowane.
Biorąc za przykład RO4350B: temperatura laminowania wynosi 185 ± 5 stopni, ciśnienie 35 ± 5 kg/cm², a czas izolacji wynosi 90 ± 10 sekund. Jeżeli kontrola temperatury i ciśnienia nie jest precyzyjna, mogą wystąpić problemy takie jak niewystarczające wiązanie międzywarstwowe, spienianie się warstw, nierówna grubość warstwy nośnika i wypaczenie płyty.