กระบวนการผลิต PCB ของ Rogers

1. ภาพรวมกระบวนการผลิต PCB ของ Rogers: มีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้างเมื่อเทียบกับ FR4

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers ผ่านขั้นตอนการผลิตหลักเช่นเดียวกับแผงวงจร FR4 แต่มีข้อแตกต่างในกระบวนการผลิต 3 ประเภทที่ต้องพิจารณาในแต่ละขั้นตอน:

วัสดุซีรีส์ RO4000 เข้ากันได้กับ FR4 มากที่สุด เนื่องจากใช้แรงดันมาตรฐาน กระบวนการกำจัดคราบด้วยเปอร์แมงกาเนตมาตรฐาน และพรีเพรกมาตรฐาน วัสดุที่ใช้ PTFE เป็นส่วนประกอบ (RO3000, RT/duroid) จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการมากที่สุด การทำความเข้าใจว่าคุณกำลังใช้วัสดุตระกูลใดของ Rogers จะช่วยกำหนดขั้นตอนการผลิตที่ต้องปรับเปลี่ยน สำหรับคำแนะนำในการเลือกวัสดุ โปรดดูภาพรวมวัสดุของ Rogers

2. ขั้นตอนที่ 1 — การรับ การจัดเก็บ และการเตรียมอบวัสดุ

การผลิต PCB ของ Rogers เริ่มต้นด้วยการเตรียมวัสดุ ซึ่งมีความสำคัญมากกว่า FR4 สำหรับ Rogers เนื่องจากความไวต่อความชื้นและพฤติกรรมเชิงมิติของลามิเนตความถี่สูง

เงื่อนไขการจัดเก็บเก็บที่อุณหภูมิ 20–25 °C ความชื้นสัมสัมพัทธ์ 40–60 % ในบรรจุภัณฑ์เดิมที่ปิดสนิทจนกว่าจะใช้งาน วัสดุที่ทำจาก PTFE (RO3003, RT/duroid 5880) มีความยืดหยุ่นและยับง่าย ควรจัดเก็บโดยวางราบบนชั้นวางที่จัดไว้ให้ ไม่ควรวางซ้อนกันในแนวตั้ง วัสดุซีรีส์ RO4000 มีความแข็ง แต่ยังคงต้องควบคุมความชื้นเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงค่า Dk

การตรวจสอบขาเข้าตรวจสอบความหนาของฉนวนไดอิเล็กทริกที่หลายจุด (Rogers กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดกว่า FR4) ตรวจสอบลักษณะความหยาบของแผ่นฟอยล์ทองแดง (มาตรฐาน การปรับสภาพย้อนกลับ หรือแบบบาง) และตรวจสอบด้วยสายตาเพื่อหาการปนเปื้อนหรือรอยขีดข่วน รอยขีดข่วนบน พื้นผิว PCB ความถี่สูง ของ Rogers อาจทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ซึ่งสิ่งที่อาจเป็นเพียงข้อบกพร่องด้านความสวยงามบน FR4 อาจเป็นข้อบกพร่องเชิงฟังก์ชันบน Rogers

ข้อกำหนดก่อนการอบก่อนนำเข้าสู่สายการผลิต ต้องอบเพื่อขจัดความชื้นที่ดูดซับไว้:

3. ขั้นตอนที่ 2 — การสร้างภาพชั้นใน การกัดกรด และการควบคุมขนาด

กระบวนการผลิตชั้นในเป็นไปตามลำดับเดียวกับ FR4 คือ การเคลือบสารไวแสง การฉายแสง การล้าง การกัด และการลอก แต่มีการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของวัสดุ Rogers

การเตรียมพื้นผิวสำหรับวัสดุที่ทำจาก PTFE ให้ทำความสะอาดพื้นผิวทองแดงด้วยสารเคมี (ล้างด้วยกรด → กัดผิวด้วยสารเคมี → ล้าง → ทำให้แห้ง) แทนการขัดด้วยเครื่องจักร แปรงขัดอาจทำให้แกน PTFE บาง (ต่ำกว่า 10 มิลลิเมตร) เสียรูป ทำให้เกิดรอยย่นบนทองแดงและข้อผิดพลาดในการจัดวาง สำหรับแกนซีรีส์ RO4000 ที่มีความหนามากกว่า 20 มิลลิเมตร การขัดด้วยเครื่องจักรเบาๆ ก็สามารถทำได้

การสร้างภาพด้วยเลเซอร์(Laser Direct Imaging: LDI)เป็นที่นิยมมากกว่าการฉายแสงแบบสัมผัสทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers LDI สามารถชดเชยความแปรผันของขนาดได้แบบเรียลไทม์ โดยระบบการสร้างภาพจะปรับขนาดลวดลายให้ตรงกับขนาดแผงจริงหลังจากอบและจัดการแล้ว ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแผ่นลามิเนต PTFE ที่สามารถยืดหรือหดตัวได้มากถึง 0.5 มิลลิเมตรต่อนิ้วระหว่างกระบวนการผลิต

การกัดกรดสารเคมีมาตรฐานอย่างคิวปริกคลอไรด์หรือแอมโมเนียใช้ได้กับวัสดุ Rogers ทุกชนิด ความแตกต่างที่สำคัญคือ แผ่นลามิเนตของ Rogers มีมวลความร้อนต่างจาก FR4 ซึ่งส่งผลต่อความสม่ำเสมอของอัตราการกัดกรดทั่วทั้งแผ่น สำหรับ ลาย วงจรควบคุมอิมพีแดนซ์บน Rogers ให้ตรวจสอบปัจจัยการกัดกรดบนชิ้นงานทดสอบก่อนที่จะนำไปใช้กับแผ่นผลิตจริง ปัจจัยการกัดกรดสำหรับวัสดุที่มีส่วนประกอบของ PTFE โดยทั่วไปจะดีกว่า (มีการกัดเซาะน้อยกว่า) FR4 เนื่องจากวัสดุพื้นฐานไม่บวมหรือดูดซับสารกัดกรด

การปรับขนาดตามมิติใช้การชดเชยงานศิลปะเฉพาะวัสดุโดยอิงจากข้อมูลการหดตัวจากการกัดกร่อนในอดีต สำหรับซีรี่ส์ RO4000 การหดตัวมีน้อยมากและคล้ายกับ FR4 สำหรับ RO3003 และ RT/duroid ให้วัดและบันทึกการหดตัวต่อขนาดแผงและน้ำหนักทองแดง จากนั้นป้อนข้อมูลนี้กลับไปยังการชดเชย LDI

4. ขั้นตอนที่ 3 — โปรไฟล์เครื่องอัดลามิเนตสำหรับ RO4000 เทียบกับ PTFE Rogers

การเคลือบเป็นขั้นตอนที่มีโอกาสเกิดความล้มเหลวมากที่สุดในกระบวนการผลิต PCB ของ Rogers วัสดุหลักสองประเภทต้องการรอบการกดที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน

การเคลือบด้วยวัสดุซีรีส์ RO4000ใช้ความร้อนระดับเดียวกับ FR4 แต่ต้องใช้การระบายความร้อนที่ช้ากว่า (2–3 °C/นาที เทียบกับ 3–5 °C/นาที) เพื่อป้องกันการแตกร้าวขนาดเล็กที่บริเวณรอยต่อระหว่างทองแดงกับฉนวน สำหรับ โครงสร้าง ไฮบริด Rogers/FR4วัสดุ RO4000 จะยึดติดโดยตรงกับแผ่นพรีเพรก FR4 หรือแผ่นบอนด์พลาย Rogers 4450F โดยไม่จำเป็นต้องมีการปรับสภาพพื้นผิวเป็นพิเศษ ในกรณีที่กระบวนการใช้แกนวัสดุที่แตกต่างกันการออกแบบโครงสร้างผสม Rogers/FR-4ควรจะช่วยแก้ปัญหาเรื่องระบบการยึดติดและโครงสร้างสำเร็จรูปได้

การเคลือบ PTFEต้องใช้ความร้อน 380–400 °C ซึ่งเครื่องอัด FR4 ส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้ถึงระดับนี้ จำเป็นต้องใช้เครื่องอัดสุญญากาศอุณหภูมิสูงแบบพิเศษ ความแตกต่างของอุณหภูมิทั่วทั้งแผ่นต้องต่ำกว่า ±5 °C ความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากกว่านี้จะทำให้การยึดติดไม่สม่ำเสมอและเกิดการเปลี่ยนแปลงค่า Dk เฉพาะจุด ซึ่งจะปรากฏเป็นค่าความต้านทานที่กระจัดกระจายในการทดสอบ TDR

การอบหลังการเคลือบที่อุณหภูมิ 150 °C เป็นเวลา 2–4 ชั่วโมงจะช่วยลดความเครียดตกค้าง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างแบบไฮบริดที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่ไม่ตรงกันระหว่าง Rogers และ FR4 ทำให้เกิดความเครียดที่แตกต่างกันระหว่างการระบายความร้อน สำหรับคำแนะนำเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างชั้นต่างๆ โปรดดูคู่มือการออกแบบโครงสร้างชั้น PCB ของ Rogers

5. ขั้นตอนที่ 4 — การเจาะแผ่นวงจรพิมพ์ Rogers: พารามิเตอร์ อายุการใช้งานของดอกสว่าน และคุณภาพของรูเจาะ

ความท้าทายในการเจาะรูแตกต่างกันไปตามประเภทของวัสดุ และการผลิต PCB ของ Rogers จำเป็นต้องใช้ชุดพารามิเตอร์การเจาะที่เฉพาะเจาะจงสำหรับแต่ละวัสดุ

ซีรีส์ RO4000:อนุภาคฟิลเลอร์เซรามิกทำให้ดอกสว่านคาร์ไบด์สึกหรอเร็วกว่าใยแก้ว FR4 ถึง 2-3 เท่า ใช้คาร์ไบด์ที่มีเม็ดละเอียดกว่าและระบบตรวจสอบสภาพการเจาะอัตโนมัติเพื่อตรวจจับการสึกหรอ ก่อนที่คุณภาพของรูเจาะจะเสื่อมลง

วัสดุที่ทำจาก PTFE: PTFE มีความอ่อนนุ่มและจะเกาะเป็นคราบมากกว่าเป็นชิ้นเล็กๆ คราบนั้นจะเคลือบผนังรูและป้องกันการยึดเกาะของแผ่นทองแดง ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ทำให้เกิดความเสียหายระหว่างการทดสอบด้วยความร้อน ไม่ใช่ระหว่างการทดสอบบนแผ่นวงจรเปล่า ควรปรับปรุงการกำจัดเศษวัสดุให้สะอาดโดยการเพิ่มอัตราการป้อนเล็กน้อย ลดความเร็วในการดึงกลับ และใช้แผ่นวงจรอลูมิเนียม

การเรียงซ้อนแบบไฮบริด:การเจาะทะลุวัสดุทั้งสองชนิดในครั้งเดียว เป็นสถานการณ์ที่ท้าทายที่สุด ควรใช้ชุดพารามิเตอร์ที่ประนีประนอมซึ่งใกล้เคียงกับการตั้งค่าของ Rogers สำหรับ รูเจาะ แบบตันและแบบฝัง การเจาะด้วยเลเซอร์จะหลีกเลี่ยงความเครียดทางกลและทำให้ผนังรู PTFE สะอาดขึ้น

การตรวจสอบหลังการเจาะ:ตรวจสอบหน้าตัดของรูเจาะ 2-3 รูต่อแผง ตรวจสอบคราบ PTFE (คราบสีเทาบนผนังรู) การหลุดลอกของเซรามิก (จุดสีขาว) การยกตัวของหัวตะปู (แผ่นทองแดงที่ทางเข้า) และรอยแตกร้าวขนาดเล็ก ข้อบกพร่องใดๆ เหล่านี้จะส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของรูเจาะชุบโลหะ

6. ขั้นตอนที่ 5 — การขจัดคราบ การกระตุ้นพื้นผิว และการชุบทองแดง

ขั้นตอนนี้เป็นความแตกต่างที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวระหว่างกระบวนการผลิต PCB ของ Rogers และ FR4

สารขจัดคราบ RO4000 ซีรีส์การใช้สารเปอร์แมงกาเนตมาตรฐานในการขจัดคราบนั้นใช้ได้ผลดี — โดยใช้สารเคมีชนิดเดียวกับที่ใช้กับ FR4 แต่การขจัดคราบด้วยพลาสมา (CF₄/O₂) ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า และแนะนำสำหรับงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เช่นแผงวงจรพิมพ์ในรถยนต์ที่ต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

การกระตุ้นพื้นผิว PTFE (RO3000, อุณหภูมิห้อง/ดูรอยด์) PTFE เป็นวัสดุเฉื่อยทางเคมี – โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตไม่สามารถกัดกร่อนได้ และทองแดงจะไม่เกาะติดกับ PTFE ที่ไม่ผ่านการกระตุ้น มีวิธีการกระตุ้นสองวิธี:

ลำดับการชุบหลังจากกระตุ้น:ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม/ดีบุก → ทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้า (0.5–1.0 µm) → ทองแดงแบบอิเล็กโทรไลติกจนได้ความหนาที่ต้องการ (มาตรฐานขั้นต่ำ 25 µm, 30–35 µm สำหรับความน่าเชื่อถือสูง) ช่วงเวลาที่สำคัญ: ต้องชุบทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้าภายใน 4 ชั่วโมงหลังจากการบำบัดด้วยพลาสมา — พื้นผิว PTFE จะเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากหมู่ฟังก์ชันจะกลับคืนสู่สถานะเฉื่อย

7. ขั้นตอนที่ 6 — การสร้างลวดลายบนชั้นนอก การเคลือบสารกันบัดกรี และการตกแต่งพื้นผิว

การสร้างลวดลายชั้นนอกใช้กระบวนการเดียวกับชั้นใน คือ การฉายแสง LDI, การล้างฟิล์ม, การกัด และการลอกฟิล์ม ข้อกังวลเพิ่มเติมสำหรับชั้นนอกของ Rogers คือความแม่นยำของลวดลายเสาอากาศและตัวกรอง ที่ความถี่สูงกว่า 20 GHz ขนาดต้องอยู่ในช่วง ±1 มิล (±25 ไมโครเมตร) จึงจำเป็นต้องใช้สายการผลิตกัดแบบสายพานลำเลียงที่มีการควบคุมอัตราการกัดแบบวงปิดเพื่อให้ได้ความแม่นยำระดับนี้

สารเคลือบป้องกันการบัดกรี ( Solder mask)สารเคลือบป้องกันการบัดกรีแบบเหลวมาตรฐาน (LPSM) ยึดเกาะได้ดีกับวัสดุซีรี่ส์ RO4000 สำหรับวัสดุ PTFE การยึดเกาะของสารเคลือบจะแย่หากไม่มีการเตรียมพื้นผิวก่อน การกัดผิวด้วยทองแดงบางๆ ก่อนการใช้สารเคลือบจะช่วยปรับปรุงการยึดเกาะ การออกแบบ RF บางแบบละเว้นการใช้สารเคลือบป้องกันการบัดกรีในชั้นสัญญาณที่ความถี่สูงกว่า 30 GHz เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียไดอิเล็กตริกเพิ่มเติม

การตกแต่งพื้นผิว ENIG เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับ PCB RF ของ Rogers เนื่องจากมีพื้นผิวเรียบ ความต้านทานการสัมผัสสม่ำเสมอ และเข้ากันได้กับการเชื่อมต่อด้วยลวด อย่างไรก็ตาม ชั้นนิกเกิลจะทำให้เกิดการสูญเสียทางแม่เหล็กที่ความถี่สูงมาก สำหรับงานออกแบบที่สูงกว่า 60 GHz ควรใช้เงินแบบจุ่มหรือทองแดงเปลือยที่มี OSP แทน HASL โดยทั่วไปจะหลีกเลี่ยงเนื่องจากความร้อนช็อกจากตะกั่วหลอมเหลวอาจทำให้การเชื่อมต่อระหว่าง Rogers กับทองแดงเกิดความเครียด ดูคู่มือการตกแต่งพื้นผิว PCBสำหรับการเปรียบเทียบที่สมบูรณ์

8. ขั้นตอนที่ 7 — การทดสอบอิมพีแดนซ์ การตรวจสอบคุณภาพ และการจัดส่ง

การทดสอบอิมพีแดนซ์ TDR PCB ของ Rogers ทุกชิ้นควรได้รับการทดสอบบนชิ้นงานทดสอบเฉพาะที่ตรงกับเป้าหมายอิมพีแดนซ์ที่ออกแบบไว้ แผ่นวงจร Rogers มีค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดกว่า FR4: ±5% สำหรับแบบซิงเกิลเอนด์ และ ±7% สำหรับแบบดิฟเฟอเรนเชียล (เทียบกับ ±10% ที่ยอมรับกันโดยทั่วไปของ FR4) การออกแบบชิ้นงานทดสอบต้องจำลองโครงสร้างชั้น ความกว้างของลายวงจร และความหนาของฉนวนให้เหมือนกับแผ่นวงจรที่ผลิตจริงทุกประการ

การตรวจสอบพารามิเตอร์ S ของ VNAสำหรับงานออกแบบที่ต้องการประสิทธิภาพ RF สูง การวัดด้วย TDR เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ การวัดด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) จะตรวจสอบการสูญเสียการแทรก (insertion loss) การสูญเสียการสะท้อนกลับ (return loss) และความสม่ำเสมอของเฟสตลอดช่วงความถี่การทำงาน ซึ่งจะช่วยตรวจจับปัญหาในการผลิต เช่น ความแปรผันของการกัดเซาะ ความผิดพลาดของความหนาของฉนวน ความหยาบของพื้นผิว ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ RF แม้ว่าค่าความต้านทาน DC จะผ่านการตรวจสอบด้วย TDR แล้วก็ตาม กระบวนการของ Highleap มุ่งเน้นไปที่จุดที่ความตั้งใจทางไฟฟ้าอาจสูญหายไปในระหว่างการผลิต ได้แก่ การสร้างฉนวน การจัดตำแหน่ง การกำหนดทองแดง รูที่ชุบ และการตรวจสอบความต้านทาน จุดตรวจสอบจะถูกเลือกจากแบบร่างและแผนคุณภาพ แทนที่จะเพิ่มหลังจากสร้างบอร์ดเสร็จแล้ว ควรตรวจสอบค่าคุณสมบัติของวัสดุที่แน่นอนกับเอกสารของผู้จำหน่ายปัจจุบันสำหรับเกรดและโครงสร้างที่ระบุ

การรับรองคุณภาพตามมาตรฐาน IPCแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers ได้รับการตรวจสอบตามมาตรฐาน IPC-6012 Class 2 หรือ Class 3 มาตรฐาน IPC-6018 กำหนดเกณฑ์เพิ่มเติมเฉพาะสำหรับการผลิต PCB ความถี่สูงได้แก่ ข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับความแปรผันของความหนาของฉนวน เกณฑ์การยอมรับรอยแตกแบบทรงกระบอก และข้อกำหนดเกี่ยวกับความหยาบของพื้นผิวทองแดง สำหรับโครงการด้านอวกาศ จะมีการตรวจสอบเพิ่มเติมตามมาตรฐาน AS9100

ชุดเอกสารประกอบการจัดส่งแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers ประกอบด้วย: รายงานการทดสอบความต้านทาน TDR (ต่อแผง), ใบรับรองความสอดคล้องของวัสดุ (หมายเลขล็อตของ Rogers), รายงานภาคตัดขวาง (หากระบุ), ผลการทดสอบการปนเปื้อนของไอออน และรายงานการตรวจสอบขนาด สำหรับการผลิตที่ผ่านการรับรองสำหรับการใช้งานในอวกาศ ให้เพิ่มใบรับรองการปล่อยก๊าซ (ASTM E595)

9. บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers ที่ Highleap Electronics

บริษัท Highleap Electronicsดำเนินงานสายการผลิต PCB ของ Rogers โดยเฉพาะ ซึ่งครอบคลุมวัสดุหลักทุกประเภท พร้อมด้วยอุปกรณ์เฉพาะทางที่จำเป็นสำหรับการประมวลผล Rogers ทั้งแบบไฮโดรคาร์บอน RO4000 และแบบ PTFE

วัสดุที่รองรับ:ซีรี่ส์ RO4000 (RO4350B, RO4003C, RO4835, RO4360G2), ซีรี่ส์ RO3000 (RO3003, RO3006, RO3010), RT/duroid (5880, 6002) และซีรี่ส์ TMM ทั้งแบบหลายชั้นของ Rogers และแบบไฮบริด Rogers/FR4มีสต็อกลามิเนตทั่วไปเพื่อลดระยะเวลารอคอย

อุปกรณ์แปรรูป PTFE:เครื่องอัดสุญญากาศอุณหภูมิสูงที่รองรับได้ถึง 420 °C ระบบบำบัดพลาสมาแบบอินไลน์ (CF₄/O₂) พร้อมระบบควบคุมเวลาในการชุบ และระบบขจัดคราบด้วยกรดเปอร์แมงกาเนตและโซเดียม

การเจาะและการวัดค่าความต้านทาน:การเจาะด้วยเครื่อง CNC พร้อมระบบตรวจสอบสภาพอัตโนมัติและไลบรารีพารามิเตอร์เฉพาะของ Rogers การควบคุมค่าความต้านทานด้วยการสร้างแบบจำลอง Field-solver การแก้ไขความหยาบของพื้นผิวทองแดง และการตรวจสอบ TDR ต่อแผงให้ได้ความแม่นยำ ±5%

การรับรอง: ISO 9001, IATF 16949 (ยานยนต์) การรับรองมาตรฐาน IPC-6012 Class 2/3 และ IPC-6018 สำหรับบอร์ดความถี่สูง มีบริการทดสอบพารามิเตอร์ S ของ VNA

ขอใบเสนอราคาการผลิต PCB จาก Rogers →ส่งไฟล์ Gerber และข้อกำหนดการจัดเรียงชั้น (stackup) เพื่อให้วิศวกรตรวจสอบและกำหนดราคาภายใน 24 ชั่วโมง สำหรับการตรวจสอบกระบวนการ โปรดส่งไฟล์ Gerber หรือ ODB++ เวอร์ชันล่าสุด ข้อกำหนดการจัดเรียงชั้น แบบร่างการผลิต และเกณฑ์การยอมรับ เพื่อให้เส้นทางการผลิตเชื่อมโยงกับเวอร์ชันที่เผยแพร่โดยตรงและลดการเปลี่ยนแปลงการตีความในภายหลัง