Изготовление и сборка печатных плат Rogers LoPro

Наилучшая оценка качества изготовления печатных плат с низким профилем проводника достигается на этапе полной сборки линии передачи. Более низкий профиль поверхности проводника может иметь значение в радиочастотных схемах, но преимущество проявляется только тогда, когда толщина медного слоя, диэлектрика и геометрия остаются неизменными на протяжении всего процесса изготовления. Область применения материалов: На этой странице рассматривается изготовление печатных плат с использованием указанного материала Rogers. Компания Highleap Electronics производит готовые платы и печатные платы; производство ламинатов и продажа материалов выходят за рамки наших услуг.

Rogers LoPro — это медная фольга с обратной обработкой, разработанная для существенного уменьшения шероховатости поверхности проводника на границе фольга-диэлектрик, что снижает потери на печатных платах в миллиметровом диапазоне и на высокоскоростных цифровых частотах. Благодаря шероховатости поверхности обработанной стороны приблизительно 0.4 мкм Rz — по сравнению с 2–4 мкм для стандартной электроосажденной (ЭО) фольги — LoPro обеспечивает измеримое снижение потерь на 0.05–0.15 дБ/дюйм на частоте 28 ГГц, 0.10–0.25 дБ/дюйм на частоте 77 ГГц и аналогичное увеличение на скорости передачи данных SerDes 40 ГГц, при этом сохраняя прочность на отслаивание, приемлемую для изготовления тонких линий печатных плат. Применение фольги LoPro в высокочастотных ламинатах серий Rogers RO4000, RO3000 и других позволяет увеличить длину дорожек, уменьшить размеры антенных фидерных сетей и снизить потери в межсоединениях объединительных плат в сетях 5G, автомобильных радарах, серверах искусственного интеллекта и аэрокосмической отрасли. Спецификация медных проводников должна связывать модель потерь с выбором фольги HVLP на этапах изготовления и сборки , включая требования к обработке и склеиванию.

Содержание

1. Почему шероховатость медной фольги влияет на потери на печатных платах
2. Конструкция и профиль поверхности фольги Rogers LoPro
3. Количественная оценка снижения потерь: измерения на скоростях 5G, миллиметровых волн и цифровых сетях.
4. Сравнение пленок LoPro со стандартными ED, RTF, HVLP и VLP
5. Где следует указывать LoPro: материал и область применения.
6. Последствия проектирования и изготовления печатных плат.
7. Производственные возможности Highleap для создания низкопрофильных систем.

1. Почему шероховатость медной фольги влияет на потери на печатных платах

На низких частотах ток равномерно протекает по поперечному сечению дорожки печатной платы, и потери определяются удельным сопротивлением проводника. Выше примерно 1 ГГц скин-эффект концентрирует ток вблизи поверхности проводника — и, что особенно важно, вблизи более шероховатой из двух поверхностей дорожки печатной платы, то есть стороны, обращенной к диэлектрику. К 10 ГГц глубина проникновения тока в медь падает примерно до 0.66 мкм; к 77 ГГц она опускается ниже 0.25 мкм. Как только глубина проникновения приближается к масштабу шероховатости поверхности, проводник фактически удлиняется, поскольку ток должен следовать контуру каждого пика и впадины на шероховатой поверхности.

Модели Хаммерстада – Йенсена и Урая.

В моделировании потерь на печатных платах доминируют две аналитические модели. Модель Хаммерстада-Йенсена рассматривает шероховатость поверхности как насыщающий множитель потерь — как только шероховатость Rq превышает приблизительно удвоенную глубину проникновения, коэффициент потерь приближается к двукратному значению для гладкой меди. Модель Хурея «снежный ком» описывает шероховатость поверхности как совокупность сферических частиц, обеспечивая лучшую точность выше 10 ГГц, где более простая модель Хаммерстада недооценивает потери.

Практическое значение для проектных групп очевидно: на средних частотах 5G (3.5 ГГц, глубина проникновения примерно 1.1 мкм) стандартная медь с покрытием ED и сопротивлением Rz 3–4 мкм обеспечивает коэффициент потерь в 1.4–1.6 раза выше, чем у идеальной гладкой меди. На частотах автомобильных радаров 77 ГГц та же фольга обеспечивает потери почти в 2 раза больше, чем гладкая медь. Фольга LoPro с сопротивлением Rz примерно 0.4 мкм сохраняет коэффициент потерь около 1.05 даже на частоте 77 ГГц, компенсируя большую часть потерь в проводнике, которые потребляет стандартная медь с покрытием ED.

Почему обработанная сторона важнее, чем сторона барабана

Медная фольга, полученная методом электроосаждения, имеет две различные поверхности. Сторона, обращенная к барабану, где фольга прилегала к полированному вращающемуся барабану во время электроосаждения, имеет гладкую поверхность (шероховатость Rz менее 1 мкм). Матовая или обработанная сторона, изначально являвшаяся поверхностью кончика роста, шероховатая. Стандартная фольга для электроосаждения обычно используется с шероховатой обработанной стороной, приклеенной к диэлектрику, поскольку шероховатость механически закрепляет фольгу в смоле во время ламинирования, обеспечивая прочность на отрыв, необходимую для того, чтобы фольга выдержала обработку и сборку.

Однако физика скин-эффекта означает, что ток течет по той стороне, которая обращена к диэлектрику — обычно по шероховатой. Таким образом, хотя шероховатость улучшает механическое сцепление, она напрямую увеличивает радиочастотные потери. Фольга с обратной обработкой, такая как Rogers LoPro, решает эту проблему, химически обрабатывая более гладкую сторону барабана для улучшения адгезии, а затем ориентируя эту более гладкую сторону по отношению к диэлектрику. Результат: низкошероховатый интерфейс проводник-диэлектрик с достаточной прочностью на отрыв.

2. Конструкция и профиль поверхности фольги Rogers LoPro.

Rogers LoPro — это вариант фольги с обратной обработкой (RTF), разработанный специально для нанесения на ламинированную сторону пленок серий Rogers RO4000, RO3000, а также на некоторые материалы Rogers-Arlon прошлых лет. Конструкция специально разработана таким образом, чтобы гладкая сторона фольги, обращенная к барабану, контактировала с диэлектриком, при этом на гладкую сторону, а не на матовую, наносится запатентованное покрытие, улучшающее адгезию.

Основные поверхностные и физические свойства

• Шероховатость Rz на обработанной стороне (среднее значение по 10 точкам): приблизительно 0.4 мкм — примерно одна пятая часть толщины стандартной диэлектрической фольги.
• Шероховатость со стороны обработки Ra (среднее арифметическое значение): приблизительно 0.15 мкм.
• Прочность на отслаивание для Rogers RO4350B: Как правило, 0.7–0.9 Н/мм при 25 °C, что достаточно для производства в соответствии со стандартами IPC класса 3.
• Стандартные веса: 0.5 унции (17 мкм), 1 унция (35 мкм) и 2 унции (70 мкм) для типичных радиочастотных и высокоскоростных цифровых приложений.
• Термическая стабильность: Совместимо как со стандартными циклами ламинирования FR4 (180°C), так и с циклами ламинирования на основе ПТФЭ серии Rogers RO3000 (до 380°C при соответствующем выборе препрега).
• Цвет: Обработанная сторона имеет характерный темно-коричневый или почти черный цвет по сравнению с розово-бежевым цветом обычной ЭД-пленки — это полезно для идентификации при входном контроле.

Химические процессы обработки и механизм связывания

В отличие от стандартной диэлектрической фольги, где используется механическое сцепление смолы с шероховатыми выступами и впадинами, в LoPro используется химическая связь. Многослойная обработка поверхности — обычно включающая цинково-никелевую антиокислительную пленку, силановый связующий агент и хроматный пассивирующий слой — обеспечивает сцепление гладкой поверхности барабана с отвержденным диэлектриком. Химический состав обеспечивает как влагостойкость, так и адгезию меди к смоле, достаточную для соответствия требованиям класса 3 для печатных плат.

Чем LoPro отличается от других низкопрофильных подводных крыльев?

LoPro — это одна из нескольких низкопрофильных пленок, доступных разработчикам печатных плат, каждая из которых имеет свою конструкцию и целевое применение. Понимание этих различий важно при выборе материала: пленка является частью системы материалов, и замена одной низкопрофильной пленки на другую может повлиять на прочность на отслаивание, поведение при травлении и конечные электрические характеристики даже на одном и том же ламинате.

3. Количественное снижение потерь: измерения в сетях 5G, миллиметрового диапазона и цифровых сетях.

Наилучшая оценка производительности LoPro достигается с помощью измеренных данных. Приведенные ниже цифры суммируют типичные измерения потерь на вставке для распространенных применений в печатных платах, проведенные на копланарных волноводных и микрополосковых структурах, изготовленных квалифицированными поставщиками печатных плат, включая Highleap. Все измерения сравниваются для идентичных конструкций — один и тот же ламинат, одинаковая геометрия дорожек, одинаковое покрытие — отличающихся только обработкой медной фольгой.

Антенна базовой станции 5G в диапазоне ниже 6 ГГц

• Основание: RO4350B, 0.508 мм.
• Вы посетили: Микрополосковая линия шириной 1.13 мм и сопротивлением 50 Ом.
• Стандартные потери в ED-пленке на частоте 3.5 ГГц: 0.034 дБ/дюйм.
• Потери в фольге LoPro на частоте 3.5 ГГц: 0.024 дБ/дюйм.
• Снижение потерь: приблизительно 30%, или 0.10 дБ на 10-дюймовом фидере.

Антенная решетка FR2 для 5G миллиметровых волн 28 ГГц

• Основание: RO4835, 0.254 мм.
• Вы посетили: Микрополосковая линия шириной 0.50 мм и сопротивлением 50 Ом.
• Стандартные потери в ED-пленке на частоте 28 ГГц: приблизительно 0.22 дБ/дюйм.
• Потери в фольге LoPro на частоте 28 ГГц: приблизительно 0.15 дБ/дюйм.
• Снижение потерь: примерно 0.07 дБ/дюйм — это существенно для распределительных сетей с последовательным питанием антенных решеток.

77 ГГц автомобильная радарная антенна

• Основание: CLTE-XT, 0.127 мм.
• Вы посетили: Микрополосковая линия шириной 0.20 мм и сопротивлением 50 Ом.
• Стандартные потери в ED-пленке на частоте 77 ГГц: приблизительно 0.52 дБ/дюйм.
• Потери в фольге LoPro на частоте 77 ГГц: приблизительно 0.32 дБ/дюйм.
• Снижение потерь: почти 40% — зачастую это разница между выполнением и невыполнением целевого показателя бюджета радиолокационной связи.

Высокоскоростная цифровая связь — 25 Гбит/с и 56 Гбит/с PAM4

Для высокоскоростной цифровой сигнализации соответствующим показателем качества являются вносимые потери на частоте Найквиста: половина символьной скорости для NRZ, половина символьной скорости (в бодах) для PAM4. Для NRZ 25 Гбит/с частота Найквиста составляет 12.5 ГГц; для PAM4 56 Гбит/с (28 Гбод) частота Найквиста составляет 14 ГГц. При трассировке на полосковых линиях Megtron 6 или I-Tera MT40 на этих частотах LoPro обычно снижает общие потери в канале на 1.5–2.5 дБ на 30-дюймовой дорожке объединительной платы — этого достаточно, чтобы увеличить дальность действия на один или два перехода между слоями или обеспечить дополнительный запас в 1–2 дБ в бюджете эквализации.