顧客が高頻度のアプリケーションについて問い合わせてきた場合、会話が価格から始まることはほとんどありません。それは材料から始まります。 RF およびマイクロ波の設計では、基板は受動的なキャリアではなく、回路の一部です。だからこそ、この特定のプロジェクトが私たちの机に上がったとき、Rogers TMM10 の選択はすでに行われていました。本当の問題は、仕様通りに正確に構築できるかどうかでした。

これは、高周波アプリケーション用の 2 層、厚さ 5.1 mm の TMM10 PCB をどのように製造したか、そしてそれがなぜ困難だったかについての物語です。

顧客の要求

お客様は、熱硬化性マイクロ波材料である Rogers TMM10 上に構築された両面 PCB を必要としていました。仕上がり板厚は次のように指定されています。5.1mm、厳しい寸法公差を備えています。±0.15mmコンパクト全体にわたって63.9mm×48mm概要。

このプロジェクトを珍しいものにしたのは、素材だけではなく、仕上げにもありました。必要なボードはんだマスクもシルクスクリーンもありませんどちらかの側に。高周波設計の場合、これはコスト削減のための決定ではなく、パフォーマンス上の決定です。はんだマスクにより、インピーダンスが変化し、調整が妨げられる可能性のある誘電体層が導入されます。銅の表面を取り除くということは、背後に隠れるものがないため、銅の表面が完璧でなければならないことを意味します。

アプリケーションは？高周波 RF は、衛星通信システム、GPS およびパッチ アンテナ、チップ テスターと同じファミリーに属します。

エンジニアリングの課題

5.1mm厚の基板は標準ではありません。ほとんどの両面 PCB は、ミリメートル単位で測定されます。この厚さになると、いくつかのことが一度に難しくなります。

まずは積み上げ。ボードは 2 層のリジッド PCB として構築されました。

• 銅層 1: 35 μm (1oz)

• ロジャース TMM10 コア: 5.08mm (200mil)

• 銅層 2: 35 μm (1oz)

この 5.08mm コアが、ボードの機械的剛性と製造の難しさの両方の原因となっています。

2つ目は、穴あけです。最小穴サイズ0.25mm板厚5.1mmと高アスペクト比を実現。深くて狭い穴には、正確な穴あけパラメータときれいなビア壁が必要です。私たちが使用した13 個のスルーホールビア、すべての厚さにメッキされています。20μm、ブラインドビアはありません。すべての接続は信頼できるものでなければなりません。

第三に、細かい機能です。最小トレースとスペースは次のとおりです。4/7ミル。厚いセラミック充填熱硬化性材料では、パネル全体に一貫したエッチングを達成するのは簡単ではありません。 TMM10 は機械的に安定していますが、その処理ウィンドウは標準より狭いですFR-4。

四番目、仕上げです。はんだマスクもシルクスクリーンも使用しないため、表面仕上げは完璧でなければなりませんでした。私たちが指定したENIG (無電解ニッケル浸漬金)- はんだ付けとワイヤボンディングの両方をサポートする、平坦で耐酸化性の仕上げ。 ENIG はプレミアムな選択肢であり、このボードにとっては正しい選択でした。

私たちにとって有利な点が 1 つありました。TMM10 では、無電解めっきの前にナフタル酸ナトリウム処理が必要ありません。これにより、PTFE ベースの材料によくある危険で時間のかかる手順が不要になりました。

構築方法

すべてのプロジェクトはガーバー データから始まります。この場合、顧客はアートワークを提供しましたガーバー RS-274-X業界標準のフォーマットです。そこから製造業に移りました。

積み上げは机上では簡単でしたが、実行には困難が伴いました。単一の 5.08 mm TMM10 コアは、両面に 1 オンスの銅でラミネートされており、最終的な厚さは 5.1 mm でした。この材料の熱膨張係数は銅と一致しており、熱サイクルを通じて寸法安定性を維持するのに役立ちます。これは、温度変化が発生する可能性のある用途にとって重要です。

次に掘削が始まりました。最小直径 0.25 mm の 13 個のビアを使用して、深さ、送り速度、スピンドル速度を制御して、樹脂の汚れを回避し、きれいな穴を確保しました。メッキによりビアの壁が 20 μm になり、2 つの銅層間に強固な電気接続が提供されました。

回路自体は正味の数だけ単純でした。ネット2枚—しかしパッドは密集しています。ボードが運ぶ26 コンポーネント、パッド合計 38 個、21 スルーホールパッド、 そして17 個の上面 SMT パッド。底面には SMT パッドはありません。レイアウトはスルーホールと表面実装のハイブリッドであり、コネクタ タイプと調整コンポーネントの組み合わせが必要な RF テストおよびアンテナ アプリケーションでは一般的です。

4/7 ミルのトレースをパターン化するには、露光とエッチングを注意深く制御する必要がありました。これほど厚い材料では、銅の分布が不均一であるため、エッチングの不均一性が生じる可能性があります。パネル全体でトレースの忠実性を維持するためにプロセスを調整しました。

最後にENIG。銅を保護するはんだマスクがないため、ニッケルと金の堆積は均一で欠陥のないものでなければなりません。このようなボードが合格するか不合格になるかはここにあります。表面上の隠蔽はありません。

品質検証

出荷前に、すべての基板に検査が行われています100% 電気試験。これは当社にとって標準的な慣行ですが、このようなプロジェクトでは、顧客がはんだマスクの欠陥やシルクスクリーンのエラーを目視で検査できないため、より重要になります。電気テストにより、導通、絶縁、ネットの完全性が確認されます。

ボードは次のように製造されましたIPCクラス2標準 - 専用サービスエレクトロニクスのベンチマーク。信頼性と耐久性があり、実験室でのデモンストレーションではなく、実際の運用向けに構築されています。

結果

完成した基板の寸法は 63.9mm × 48mm、公差は ±0.15mm 以内でした。 38 個のパッドに 26 個のコンポーネントが搭載され、13 個のビアで接続され、外層の完成銅重量は 1 オンス (1.4 ミル) でした。

さらに重要なのは、高周波アプリケーションの電気的および機械的要件を満たしていることです。 TMM10 の電気的特性 (10 GHz での誘電率 9.20、誘電正接 0.0022) と剛性の高い 5.1 mm 構造の組み合わせにより、このボードは信号の完全性と物理的安定性の両方が譲れないアプリケーションに適しています。

なぜTMM10なのか？

この資料に詳しくない読者にとって、TMM10 は理解する価値があります。これは、PTFE の電気的利点とセラミック充填基板の機械的利点を組み合わせた熱硬化性マイクロ波材料です。クリープやコールドフローに耐性があります。プロセス化学薬品に耐えます。ナフタル酸ナトリウム処理が不要です。また、熱硬化性樹脂をベースとしているため、確実なワイヤーボンディングをサポートします。

その典型的な用途には、チップ テスター、誘電分極子、衛星通信システム、GPS またはパッチ アンテナが含まれます。これはまさにこのボードが構築された種類の高周波環境です。

最終的な考え

はんだマスクやシルクスクリーンを使用しない厚さ 5.1 mm の TMM10 ボードは、通常のビルドではありません。それには、正しい材料知識、正しいプロセス管理、そしてセーフティネットなしで働く意欲が必要です。

高周波設計に取り組んでおり、TMM10 のような材料を理解しているメーカーが必要な場合は、喜んでご相談させていただきます。基板の厚さが 0.5 mm であろうと 5.1 mm であろうと、会話は同じように始まります。つまり、要件から始まります。

次の高周波 PCB プロジェクトについてご相談になりたい場合は、お問い合わせください。