Deska plošných spojů ITEQ IT-150GS pro spolehlivost na vysokých vrstvách

ITEQ IT-150GS je nejlépe chápán jako FR-4 materiál s nejvyšší spolehlivostí, bez halogenů a středními ztrátami. Není to řešení pro extrémní problém ztrát v dlouhých kanálech. Je to řešení v situacích, kdy vícevrstvá deska vyžaduje lepší elektrické vlastnosti než FR-4 se standardními ztrátami a zároveň čelí tepelnému vystavení bez olova, hustému pokovení otvorů, riziku CAF, rozměrové kontrole a cenovým nebo dostupnostním omezením.

Aktuální srovnání produktů ITEQ uvádí typické hodnoty Dk 3.9 a Df 0.012 při 10 GHz pro uvedený referenční obsah pryskyřice 50 %. To řadí IT-150GS do třídy se středními ztrátami, výrazně nad úrovně IT-968G a IT-988GSE s ultra nízkými ztrátami. Správná technická otázka tedy nezní: „Je Df nízký?“, ale „Odolá tento materiál a vrstvená konstrukce tepelnému, vlhkostnímu, napěťovému, děrovému a provoznímu namáhání desky a zároveň splní skutečný rozpočet kanálu?“

Proč může spolehlivost znamenat více než ztráta vložením

K mnoha výrobním selháním dochází poté, co již proběhla simulace integrity signálu. Po několika cyklech přetavování se může otevřít trhlina v válci. Růst vodivých anodických vláken může ve vlhkém prostředí způsobit únik mezi vodiči pod napětím. K delaminaci desek plošných spojů může docházet v blízkosti mědi nebo propojovacího pole. Asymetrická deska s vysokou vrstvou se může deformovat natolik, že naruší montáž. Jde o interakce materiálu a geometrie, nikoli pouze o selhání vlastností laminátu.

Materiál se středními ztrátami může být správnou volbou, pokud jsou délky tras střední a systém má dostatečnou elektrickou rezervu. V takové situaci investování do geometrie otvorů, mědění, regulace vlhkosti, tepelného profilování, kontroly a robustní kvalifikace materiálu často vede k větší spolehlivosti v terénu než přechod na pryskyřici s ultranízkým Df, kterou kanál nevyžaduje.

Před výběrem materiálu zmapujte režimy selhání

Výběr materiálu by měl začít mapou poruch. Uveďte vlastnosti desky a provozní podmínky, které mohou spustit jednotlivé poruchy, a poté přiřaďte prevenci a ověření. Tím se zabrání běžné praxi používání „vysoké teploty tepelné izolace“ jako zástupné hodnoty pro každý požadavek na spolehlivost.

Vysoká Tg není přímou zárukou spolehlivosti.

Tg představuje přechod v chování polymeru; sám o sobě neurčuje koeficient tepelné roztažnosti (CTE) před a po stanovení Tg, celkovou roztažnost, houževnatost pryskyřice, absorpci vlhkosti, adhezi, rozkladné chování ani odolnost vůči opakovanému namáhání. Materiál s vysokým Tg na agresivní geometrii tlusté desky může stále selhat, zatímco dobře navržená deska na systému s nižším Tg, ale nižší roztažností, může fungovat dobře. Napětí na úrovni desky musí být přizpůsobeno celkové sadě vlastností a výrobnímu procesu.

Prkna, která pasují na IT-150GS – a prkna, která nepasují

IT-150GS je nejspolehlivější v průmyslových řídicích jednotkách, telekomunikačních zařízeních, úložištích, serverech, automobilové elektronice, přístrojové technice a deskách plošných spojů s vysokými vrstvami, kde jsou datové rychlosti a dosahy střední a kde jsou důležité požadavky na bezhalogenové materiály nebo zvýšenou spolehlivost. Neměl by být prezentován jako univerzální řešení pro všechny produkty v těchto kategoriích.

Výběr by měl na výkresu uvést důvod použití IT-150GS. Pokud je důvodem shoda s bezhalogenovými materiály, uveďte příslušný limit a certifikát. Pokud se jedná o spolehlivost PTH, definujte geometrii otvoru a tepelnou zkoušku. Pokud se jedná o chování se středními ztrátami, zveřejněte konstrukční hodnoty SI a limity trasy. Název materiálu bez řídícího požadavku je obtížné nahradit nebo auditovat.

Silné vrstvy s vysokými vrstvami: Riziko vzniku otvorů a laminace

Vysoký počet vrstev zvyšuje tepelné a mechanické riziko. Více vrstev vytváří více registračních rozhraní, více možností pro nerovnováhu mědi, silnější hotové desky, delší pokovené válce a větší variabilitu toku pryskyřice. Současně lze přidat malé otvory a hluboké zadní vrtání, což zvyšuje jak obtížnost výroby, tak koncentraci napětí.

Poměr stran je multiplikátor napětí

Válec průchozího otvoru omezuje rozpínání pryskyřice. Jak deska zesiluje a hotový otvor se zmenšuje, měď musí vydržet větší namáhání na delší nepodepřené délce. Konstrukce by se měla vyhnout výběru nejmenšího dostupného otvoru pouze za účelem úspory místa pro frézování. Tolerance hotového otvoru, průměr vrtáku, přídavek na pokovení, poměr stran, prstenec a minimální tloušťka stěny mědi by měly být posuzovány společně.

Pryskyřičná výplň a měděná vyrovnávací vrstva

Prepreg IT-150GS musí dodávat dostatek pryskyřice k vyplnění topografie vnitřní vrstvy mědi a hustoty propojovacího pole, aniž by zanechal dutiny nebo rozhraní s nedostatkem pryskyřice. Silné plochy vedle řídkých signálních vrstev mohou vytvářet lokální rozdíly v tloušťce a proudění. Výrobce by měl provést výpočet spotřeby pryskyřice nebo ekvivalentní kontrolu s použitím skutečného procentuálního zastoupení mědi, nikoli pouze nominální tloušťky skla.

• Použijte vyvážené měděné rozvody tam, kde to elektrotechnická konstrukce umožňuje.
• Definujte pravidla pro krádež mědi nebo její vyvažování v oblastech s nízkou hustotou osídlení.
• Zkontrolujte poptávku po pryskyřici v okolí hustých propojovacích polí, těžké mědi, zalitých mincí a velkých mezer.
• Sekvenční laminaci používejte pouze v nezbytných případech a zohledněte kumulativní tepelné a registrační účinky.
• Změřte konečnou dielektrickou tloušťku v reprezentativních hustých a řídkých oblastech během prvního výrobku.
• Zahrňte umístění okrajových a středových panelů do registrace a vzorkování tloušťky.

Vrtání a odstraňování nečistot

Kvalita vrtáku ovlivňuje jak únavu materiálu z PTH, tak i CAF. Rozmazání, poškození skleněnými vlákny, drsné stěny otvoru, zapichování hřebíků a nadměrná recese pryskyřice mohou narušit měděné rozhraní. Je třeba kontrolovat životnost nástroje, zatížení třískou, vstupní/záložní materiály, počet zásahů, výšku vrstvy a parametry specifické pro velikost otvoru. Odstraňování šmouh musí odstraňovat pryskyřici bez nadměrného napadání skla nebo vytváření drsného rozhraní, které zachycuje kontaminaci.

Převeďte kompatibilitu s bezolovnatým systémem do skutečné tepelné historie

„ Kompatibilní s bezolovnatým médiem “ nedefinuje skutečnou tepelnou historii desky. Produkt může projít dvěma tepelnými procesy SMT reflow, selektivním pájením, pájením vlnou, zalisováním konektoru, ručním retušováním, výměnou součástek, vytvrzením konformním povlakem a přepracováním v terénu. Laminát musí být vyhodnocen z hlediska kumulativní historie, zatímco profil sestavy musí zůstat v mezích pro součástky a desku.

Plán spolehlivosti by měl definovat reprezentativní sekvenci předběžných testů. Kupóny nebo desky by pak měly být po sekvenci, nikoli pouze před ní, řezány nebo elektricky testovány. V případech, kdy to riziko vyžaduje, by se k ověření skutečné geometrie měly použít zátěžové testy propojení, tepelné cykly, pájení za tepla nebo jiná kvalifikace zákazníka/IPC.

CAF je problém návrhu a procesu, nikoli zaškrtávací políčko v datovém listu

CAF je růst vodivé dráhy podél rozhraní sklo/pryskyřice za působení vlhkosti a elektrického předpětí. Laminát inzerovaný jako anti-CAF snižuje náchylnost materiálu, ale rozhodující zůstávají konstrukční rozteče, napětí, poškození stěn otvorů, iontová čistota, pronikání vlhkosti a zpracování.

Jak vyhodnotit 370HR, TU-768 a další alternativy s vysokým Tg

IT-150GS lze porovnat s materiály Isola 370HR, třídy TUC TU-768, řadami Shengyi FR-4 s vysokým Tg nebo jinými materiály zaměřenými na spolehlivost. O náhradě by se nemělo rozhodovat na základě Tg nebo rozpoznatelnosti značky. Na navrhované konstrukci je nutné porovnat režimy selhání a požadavky na kanály stanovené radou.

Snížení třídy je přijatelné, pokud levnější materiál splňuje všechny platné požadavky s rezervou a zákazník to povolí. Vylepšení je odůvodněné, pokud stávající geometrie desky nebo tepelné prostředí překračuje kapacitu IT-150GS, pokud nejdelší trasa vyžaduje nižší ztráty nebo pokud není k dispozici specifický cíl shody/kvalifikace. Změna by měla být zdokumentována jako kvalifikace nového materiálového systému, nikoli jako neformální náhrada za nákup.

Plán vydání z výroby a důkazy z prvního článku

První článek by měl prokázat kontrolní mechanismy poruch identifikované v počáteční mapě. Soubor důkazů by měl být přizpůsobený: deska s konektory ve vysoké vrstvě potřebuje data o děrách a registraci; vlhká vysokonapěťová průmyslová deska potřebuje důkazy o CAF a čistotě; serverový řadič se střední rychlostí potřebuje také korelaci impedance a ztrát.

• Záznamy o materiálech: přesný laminát/prepreg IT-150GS, šarže, stav skladu, certifikát, dokumenty o shodě.
• Skladba v reálném stavu: tloušťky dielektrika/mědi, typy skla, obsah pryskyřice, celková tloušťka, bilance mědi.
• Důkazy o laminaci: receptura lisu, teplota materiálu, vakuum, vytvrzení, registrace, průřezy výplní pryskyřicí.
• Důkazy z díry: parametry vrtáku, životnost nástroje, odstraňování nečistot, minimální/průměrná měď ve stěně, mezikruží, mikrořezy z reprezentativních velikostí otvorů.
• Tepelná předběžná úprava: skutečná nebo konzervativní sekvence přetavení/opracování následovaná ověřením průřezu nebo elektrickým ověřením.
• CAF/čistota: procesní kontroly a zákazníkem požadované údaje o odchylce vlhkosti nebo čistotě.
• Elektrické: impedanční kupóny a tam, kde to délka trasy vyžaduje, údaje o vložném útlumu na přesné konstrukci.
• Warpage: prohnutí/zkroucení před a po reprezentativní montážní expozici pro asymetrické nebo velké desky.

Kritéria přijetí by měla být měřitelná. Nahraďte „dobrou spolehlivost PTH“ minimálním obsahem mědi ve stěně, maximálním poměrem stran, schválenou sekvencí přetavování, požadavky na průřez bez trhlin a jakýmkoli požadovaným výsledkem cyklování. Nahraďte „anti-CAF“ příslušnými zkušebními podmínkami nebo standardem zákazníka. Tím se marketingový jazyk promění v řízení výroby.

RFQ zaměřené na spolehlivost

Výzva k nabídkovému řízení zaměřená na spolehlivost by měla dodavateli sdělit, proč se IT-150GS používá a které náhrady jsou bez posouzení zakázány.

V RFQ by mělo být také uvedeno, které parametry může výrobce optimalizovat. Dodavatel může například navrhnout jinou kombinaci skla, která splňuje požadavky na tloušťku a pryskyřičnou výplň, ale návrh by měl být schválen před zmrazením impedančních výkresů a kvalifikace.

Praktické otázky z oblasti návrhu, kvality a zadávání veřejných zakázek

Může IT-150GS nahradit 370HR nebo TU-768?

Možná, ale ne automaticky. Porovnejte přesnou jakost, bezhalogenový status, konstrukci s dle ...

Kolik cyklů přetavování to vydrží?

Neexistuje univerzální metoda výpočtu nezávislá na geometrii a profilu desky. Použijte plánovanou tepelnou historii, geometrii otvorů, vlhkostní podmínky, pokovování a přejímací zkoušku. Materiál může být kompatibilní s bezolovnatým materiálem, i když agresivní konstrukce tlusté desky stále nemá dostatečnou rezervu.

Jaká je nejdůležitější kontrola na vyšší úrovni?

Neexistuje jednotné řízení, ale kombinace konzervativní geometrie otvoru, rovnoměrného pokovování, kontrolované výplně pryskyřicí, vyvážení mědi a naměřené tepelné historie je obvykle důležitější než výběr nejvyššího čísla Tg.

Lze jej použít pro vysokorychlostní spojení?

Ano pro trasy, jejichž modelovaný rozpočet ztrát odpovídá konstrukci Df se středními ztrátami. Nemělo by se předpokládat, že je vhodný pro dlouhé kanály 56G/112G PAM4 bez simulace a korelace kupónů.

Kdy by měl být design aktualizován?

Proveďte upgrade, pokud je po optimalizaci topologie celý kanál omezen na ztráty, pokud tepelné/propojovací namáhání překročí kvalifikovanou konstrukci IT-150GS nebo pokud specifická shoda s předpisy nebo kvalifikace zákazníka vyžaduje jiný stupeň.

Nejobhajitelnějším článkem IT-150GS je proto dokument o rozhodnutí o spolehlivosti: pojmenovává pravděpodobné selhání, ukazuje, jak mu stackup a proces zabraňují, identifikuje důkazy požadované v prvním článku a definuje, kdy je přijatelná náhrada nižší nebo vyšší úrovně.

Reference výrobce a poznámky k vydání

Níže uvedené veřejné reference ITEQ podporují umístění materiálových skupin a srovnávací hodnoty uvedené v této příručce. Vzhledem k tomu, že podrobné tepelné údaje, konstrukce a regionální dodávky mohou záviset na revizi, měla by cenová nabídka obsahovat aktuální kontrolovaný datový list IT-150GS a odpovídající potvrzení prepregu.

• Srovnání aktuálních materiálových řad ITEQ včetně IT-150GS
• Přehled aplikace ITEQ