Wanneer een klant ons benadert met een hoogfrequente toepassing, begint het gesprek zelden over de prijs. Het begint bij het materiaal. Bij RF- en microgolfontwerpen is het substraat geen passieve drager; het maakt deel uit van het circuit. Daarom was de keuze voor Rogers TMM10 al gemaakt toen dit specifieke project op ons bureau belandde. De echte vraag was of we het precies volgens specificatie konden bouwen.

Dit is het verhaal van hoe we een tweelaagse, 5,1 mm dikke TMM10-PCB vervaardigden voor een hoogfrequente toepassing - en wat het een uitdaging maakte.

De eis van de klant

De klant had een dubbelzijdige printplaat nodig, gebouwd op Rogers TMM10, een thermohardend microgolfmateriaal. De dikte van de afgewerkte plaat werd gespecificeerd op5,1 mm, met een nauwe maattolerantie van±0,15 mmover een compact63,9 mm × 48 mmoverzicht.

Wat dit project ongebruikelijk maakte, was niet alleen het materiaal, maar ook de afwerking. Het bord vereistgeen soldeermasker en geen zeefdrukaan beide kanten. Voor een hoogfrequent ontwerp is dit geen kostenbesparende beslissing; het is een prestatiebeslissing. Soldeermasker introduceert een diëlektrische laag die de impedantie kan verschuiven en de afstemming kan verstoren. Als je dit verwijdert, moet het koperoppervlak onberispelijk zijn, want er valt niets achter te verbergen.

De toepassing? Hoogfrequent RF-werk, in dezelfde familie als satellietcommunicatiesystemen, GPS- en patchantennes en chiptesters.

De technische uitdagingen

Een plaat van 5,1 mm dik is niet standaard. De meeste dubbelzijdige PCB's worden gemeten in fracties van een millimeter. Bij deze dikte worden verschillende dingen tegelijk moeilijk.

Eerst de stapeling.Het bord is gebouwd als een 2-laags stijve PCB:

• Koperlaag 1: 35 μm (1oz)

• Rogers TMM10-kern: 5,08 mm (200 mil)

• Koperlaag 2: 35 μm (1oz)

Die kern van 5,08 mm is de bron van zowel de mechanische stijfheid van het bord als de productieproblemen.

Ten tweede, het boren.Met een minimale gatgrootte van0,25 mmen een plaatdikte van 5,1 mm is de beeldverhouding hoog. Diepe, smalle gaten vereisen nauwkeurige boorparameters en reiniging via muren. Wij gebruikten13 doorgaande gaten, allemaal geplateerd tot een dikte van20 µm, zonder blinde via's. Elke verbinding moest betrouwbaar zijn.

Ten derde, de fijne eigenschappen.Het minimale spoor en de minimale ruimte waren4/7 mil. Op een dik, met keramiek gevuld thermohardend materiaal is het bereiken van een consistente etsing over het paneel niet triviaal. TMM10 is mechanisch stabiel, maar het verwerkingsvenster is smaller dan standaardFR-4.

Ten vierde, de afwerking.Zonder soldeermasker en zonder zeefdruk moest de oppervlakteafwerking perfect zijn. Wij specificeerdenENIG (stroomloos nikkel-immersiegoud)—een vlakke, oxidatiebestendige afwerking die zowel solderen als draadverbindingen ondersteunt. ENIG is een premium keuze, en voor dit board was het de juiste keuze.

Eén ding werkte in ons voordeel: TMM10 vereist geen behandeling met natriumnaftalaat vóór het stroomloos plateren. Hierdoor werd een gevaarlijke en tijdrovende stap geëlimineerd die gebruikelijk is bij materialen op PTFE-basis.

Hoe we het hebben gebouwd

Elk project begint met de Gerber-gegevens. In dit geval heeft de klant artwork aangeleverdGerber RS-274-Xformaat, de industriestandaard. Van daaruit zijn we overgegaan op de fabricage.

De stapeling was eenvoudig op papier, maar veeleisend in de uitvoering. Een enkele TMM10-kern van 5,08 mm, aan beide zijden gelamineerd met 1oz-koper, produceerde een afgewerkte dikte van 5,1 mm. De thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal is afgestemd op die van koper, waardoor de maatvastheid door thermische cycli behouden blijft – belangrijk voor een toepassing waarbij temperatuurschommelingen kunnen optreden.

Het boren volgde. Met 13 via's met een minimale diameter van 0,25 mm hebben we de diepte, de voedingssnelheid en de spilsnelheid gecontroleerd om harsvlekken te voorkomen en schone gaten te garanderen. Door beplating werden de via-wanden op 20 μm gebracht, waardoor solide elektrische verbindingen tussen de twee koperlagen ontstonden.

Het circuit zelf was eenvoudig qua nettotelling, alleen2 netten- maar dicht in de kussens. Het bord draagt26 componenten,38 totale pads,21 doorlopende pads, En17 SMT-pads aan de bovenzijde. Er zijn geen SMT-pads aan de onderkant. De lay-out is een hybride van through-hole en opbouwmontage, wat gebruikelijk is bij RF-test- en antennetoepassingen waarbij een mix van connectortypen en afstemmingscomponenten vereist is.

Het vormen van patronen voor de sporen van 4/7 mil vereiste een zorgvuldige controle van de belichting en het etsen. Op een materiaal kan deze dikke, ongelijkmatige koperverdeling etsinconsistenties veroorzaken. We hebben het proces aangepast om de trace-getrouwheid over het hele paneel te behouden.

Tenslotte ENIG. Omdat er geen soldeermasker was om het koper te beschermen, moest de nikkel-goudafzetting uniform en foutvrij zijn. Dit is waar een bord als dit slaagt of faalt; er is geen cosmetische verdoezeling.

Kwaliteitscontrole

Vóór verzending onderging elk bord een bewerking100% elektrische testen. Dit is voor ons de standaardpraktijk, maar het is belangrijker bij een project als dit, waarbij de klant niet visueel kan inspecteren op soldeermaskerdefecten of zeefdrukfouten. Elektrische test bevestigt continuïteit, isolatie en netintegriteit.

Het bord is vervaardigd omIPC-Klasse-2standaarden: de maatstaf voor speciale service-elektronica. Het is betrouwbaar en duurzaam, gebouwd voor gebruik in de echte wereld in plaats van laboratoriumdemonstratie.

Het resultaat

Het afgewerkte bord had een afmeting van 63,9 mm x 48 mm, binnen een tolerantie van ± 0,15 mm. Het droeg 26 componenten over 38 pads, verbonden door 13 via's, met een afgewerkt kopergewicht van 1 oz (1,4 mil) op de buitenste lagen.

Wat nog belangrijker is, het voldeed aan de elektrische en mechanische eisen van een hoogfrequente toepassing. De combinatie van de elektrische eigenschappen van de TMM10 (een diëlektrische constante van 9,20 en een dissipatiefactor van 0,0022 bij 10GHz) met een stijve constructie van 5,1 mm maakt dit bord geschikt voor toepassingen waarbij signaalintegriteit en fysieke stabiliteit beide niet onderhandelbaar zijn.

Waarom TMM10?

Voor lezers die niet bekend zijn met het materiaal is TMM10 de moeite waard om te begrijpen. Het is een thermohardend microgolfmateriaal dat de elektrische voordelen van PTFE combineert met de mechanische voordelen van met keramiek gevulde substraten. Het is bestand tegen kruip en koude stroming. Het is bestand tegen proceschemicaliën. Het vereist geen behandeling met natriumnaftalaat. En omdat het is gebaseerd op een thermohardende hars, ondersteunt het een betrouwbare draadverbinding.

De typische toepassingen zijn onder meer chiptesters, diëlektrische polarisatoren, satellietcommunicatiesystemen en GPS- of patchantennes - precies het soort hoogfrequente omgevingen waarvoor dit bord is gebouwd.

Laatste gedachten

Een 5,1 mm dik TMM10-bord zonder soldeermasker en zonder zeefdruk is geen routinebouw. Het vereist de juiste materiaalkennis, de juiste procesbeheersing en de bereidheid om zonder vangnet te werken.

Als u aan een hoogfrequent ontwerp werkt en een fabrikant nodig heeft die verstand heeft van materialen als TMM10, gaan wij graag met u in gesprek. Of uw plaat nu 0,5 mm of 5,1 mm dik is, het gesprek begint op dezelfde manier: bij uw wensen.

Neem contact met ons op om uw volgende hoogfrequente PCB-project te bespreken.