Высокочастотный гибридный сбор: проектирование 8-слойной доски с RO4350B, FR-4 и последовательной ламинировкой

Высокочастотная гибридная структура: разработка 8-слойной платы с использованием RO4350B, FR-4 и последовательной ламинации

Поскольку беспроводная связь, автомобильные радары и высокоскоростные цифровые системы достигают многогигагерцовых частот, выбор материала печатной платы становится критически важным. Однако ограничения по стоимости часто препятствуют использованию высокопроизводительных ламинатов по всей многослойной плате. Решение? Гибридная структура, сочетающая Rogers RO4350B для высокочастотных слоев со стандартным FR-4 для остальных.

В этой статье рассматривается сложная 8-слойная конструкция, которая использует лучшее из обоих миров: низкие потери RO4350B на внешних слоях для целостности сигнала и FR-4 в середине для структурной и экономической эффективности. Мы также рассмотрим уникальные свойства RO4350B, а также реализацию слепых переходных отверстий, скрытых переходных отверстий и переходных отверстий, заполненных смолой.

Обзор продукта: 8-слойная гибридная плата

Структура: 8-слойная многослойная печатная плата

Толщина готовой платы: 1,553 мм

Вес меди: внутренний слой 1 унция, внешний слой 1 унция

Поверхностная отделка: ENIG (бесприпойное никелевое погружное золото)

Паяльная маска: зеленая с белой надписью

Размер панели: 120 мм x 30 мм = 1 шт.

Толщина меди в металлизированных отверстиях (PTH): 25 мкм (соответствует классу 3 IPC)

Металлизация края: металлический край (металлизация края / пазовые отверстия)

Структура

Дополнительное обучение 1: Ламинат RO4350B – свойства, параметры и обработка

RO4350B – это углеводородный керамический ламинат из серии RO4000® компании Rogers Corporation, разработанный для обеспечения высокочастотных характеристик при стоимости, совместимой со стандартными процессами изготовления FR-4.

Ключевые параметры (из технического описания серии Rogers RO4000)

Области применения

Благодаря стабильной диэлектрической проницаемости в зависимости от частоты и температуры, а также низкому коэффициенту рассеяния, RO4350B широко используется в:

Автомобильные радары (77 ГГц и 24 ГГц)

Инфраструктура 5G (массив MIMO, малые соты)

ВЧ и СВЧ схемы (усилители мощности, малошумящие усилители)

Спутниковая связь (диапазоны Ku, Ka)

Высокоскоростные цифровые системы (бэкплейны, испытательное оборудование)

Ключевые моменты обработки RO4350B

В отличие от материалов на основе ПТФЭ (например, серии RO3000), RO4350B предлагает значительные преимущества в изготовлении:

Не требуется травление натрием: RO4350B – это термореактивный углеводородный материал, а не ПТФЭ. Достаточно стандартных процессов удаления диэлектрика (щелочной перманганат) или плазменной обработки (CF₄/O₂) для FR-4.

Сверление: Совместимы стандартные твердосплавные сверла. Рекомендуемая скорость вращения: 300-500 SFM (90-150 м/мин). Подача на оборот: 0,002-0,004 дюйма/об. Избегайте скоростей >500 SFM, чтобы предотвратить чрезмерный износ инструмента. Ожидаемая шероховатость стенки отверстия: 8-25 мкм.

Обработка PTH: Обычно обезжиривание не требуется для двусторонних плат из-за высокой Tg (>280°C). Для многослойных плат может использоваться однократная или двукратная обработка щелочным перманганатом. Rogers не рекомендует травление, так как оно может привести к отслоению частиц наполнителя.

Фрезерование: Используйте твердосплавные спиральные фрезы с несколькими зубьями. Скорость вращения ниже 500 SFM, подача на оборот 0,0010-0,0015 дюйма/об.

Учет окисления: Длительное воздействие высокотемпературных окислительных сред может изменить диэлектрические свойства углеводородных материалов. Rogers рекомендует оценивать каждую конструкцию на долгосрочную надежность.

Дополнительное обучение 2: Слепые и скрытые переходные отверстия – зачем их использовать?

В сложных многослойных печатных платах, таких как эта 8-слойная плата, не все отверстия должны проходить через всю толщину. Именно здесь слепые и скрытые переходные отверстия становятся необходимыми.

Определения

В этом продукте: 1-2 слепых переходных отверстия и 5-6 скрытых переходных отверстий

1-2 слепых переходных отверстия: соединяет слой 1 (верхний RO4350B) со слоем 2 (первый внутренний слой FR-4). Это позволяет высокочастотному сигналу входить в плату с верхнего слоя и сразу переходить на внутренний слой, не проходя через всю структуру.

5-6 скрытых переходных отверстий: соединяет слой 5 со слоем 6 полностью внутри сердечника FR-4. Это внутреннее соединение полностью скрыто после окончательной ламинации.

Зачем использовать слепые и скрытые переходные отверстия?

Более высокая плотность трассировки: Освобождая площадь поверхности на внешних слоях, слепые переходные отверстия позволяют размещать больше компонентов и трасс. Скрытые переходные отверстия создают внутренние соединения "интерпозера" без использования площади внешних слоев.

Улучшенная целостность сигнала (SI): Сквозное переходное отверстие создает длинный отвод (неиспользуемая часть ствола переходного отверстия), который действует как разрыв импеданса и резонансная антенна на высоких частотах. Слепые переходные отверстия устраняют или значительно уменьшают отводы, сохраняя качество сигнала для многогигабитных или ВЧ сигналов.

Лучшая целостность питания (PI): Скрытые переходные отверстия могут использоваться для создания низкоиндуктивных соединений между силовыми и земляными плоскостями глубоко внутри платы, уменьшая шум.

Уменьшение количества слоев (потенциально): Эффективное использование слепых/скрытых переходных отверстий иногда может уменьшить общее количество слоев, необходимых для сложной схемы трассировки.

Миниатюризация: Меньшие размеры контактных площадок возможны со слепыми переходными отверстиями (особенно с лазерными микропереходными отверстиями), что позволяет более тонко разводить выводы компонентов.

Дополнительные функции в этой конструкции

Переходные отверстия, заполненные смолой: Переходные отверстия (вероятно, скрытые или определенные слепые переходные отверстия) заполняются смолой, а затем герметизируются. Это предотвращает подтекание припоя, обеспечивает плоскую поверхность для стекирования переходных отверстий и повышает надежность в процессах последовательной ламинации.

25 мкм меди в отверстиях (класс 3 IPC): Это превышает типичное требование класса 2 IPC (20 мкм). Класс 3 требует более высокой надежности для суровых условий эксплуатации (аэрокосмическая, медицинская, автомобильная безопасность). Более толстая медь обеспечивает высокую устойчивость к механической и термической усталости.

Металлизация края: Медная металлизация по контуру платы (металлизация края) обеспечивает защиту от электромагнитных помех, позволяет паять платы друг с другом (пазовые отверстия) или улучшает теплопроводность по краю.

Заключение: Специально разработанная гибридная конструкция

Эта 8-слойная плата является примером современного проектирования печатных плат для смешанных сигналов. Размещая 10-миллиметровый RO4350B на внешних слоях, конструктор добивается низких потерь и стабильной диэлектрической проницаемости для высокочастотных или быстропеременных сигналов. Сердечник FR-4 Tg180 обеспечивает экономичный, механически жесткий средний раздел для распределения питания и низкоскоростных сигналов.

Использование 1-2 слепых переходных отверстий и 5-6 скрытых переходных отверстий демонстрирует приверженность целостности сигнала и плотности трассировки, в то время как металлизация класса 3 IPC (25 мкм меди) и переходные отверстия, заполненные смолой, обеспечивают долгосрочную надежность. Этот гибридный подход является все более распространенной стратегией в автомобильных радарах, инфраструктуре 5G и аэрокосмической телеметрии, где необходимо сбалансировать производительность, стоимость и надежность.