Uma placa de RF de 8 camadas construída inteiramente em RO4350B custará o suficiente para tornar a produção em volume irreal.

Mas a construção híbrida é muito mais difícil de processar do que uma pilha de um único material.A laminação multicamadas provoca um erro de registo da camada, e os dielétricos alternados grossos e finos tornam a impedância difícil de manter.

Recentemente, fabricamos uma placa de rádio RF híbrida de 8 camadas RO4350B + MT40, que é um exemplo típico dessa abordagem de design.Trata-se de uma questão que surge constantemente na fase de selecção do material.:Quando é que vale a pena um empilhamento híbrido e quando não vale.

Especificações do quadro

Construção de cobre de 8 camadas. As camadas superior e inferior usam material de alta freqüência RO4350B de 0,168 mm. As camadas internas usam 0,381 mm MT40, um material FR-4 padrão de alta Tg, com 0.1245 mm MT40 prepreg entre as camadasO cobre externo acabado é de 1 oz, o cobre interno é de 0.5 oz, e a espessura laminada é de 1.636 mm. Máscara de solda verde, serigrafia branca, acabamento de ouro de paládio, 179 mm × 121 mm.

A placa inclui vias cegas L1-L2 e L7-L8.

Por que RO4350B na superfície, MT40 no meio

A lógica do empilhamento é clara: desempenho de alta frequência na superfície, suporte estrutural e controlo de custos no meio.

As camadas de superfície usam RO4350B porque é onde estão os traços de RF.RO4350B tem uma constante dielétrica de cerca de 3,48 e um fator de dissipação de cerca de 0.0037. Baixa Df significa baixa perda dielétrica, de modo que os sinais de microondas atenuam menos à medida que viajam ao longo da superfície.que dá um controlo de impedância mais apertado.A compensação: o RO4350B custa muito mais do que o FR-4 padrão.

As camadas internas usam o MT40 porque os planos de potência e de solo não precisam de desempenho de alta frequência.O MT40 é um material FR-4 padrão de alta Tg, muito mais barato que o RO4350B. Seu trabalho é fornecer suporte estrutural e estabilidade térmica para a pilha multicamada.Os custos dos materiais aumentariam acentuadamente e os planos de potência e de terra não necessitam de baixo Df..O trade-off: o desempenho elétrico do MT40 não é tão bom quanto o RO4350B, mas usado em camadas internas não afeta o desempenho de RF.

O pré-programa MT40 de 0,1245 mm controla a espessura da camada intermédia.A espessura do prepreg afeta diretamente a espessura dielétrica entre as camadas, que por sua vez afeta a impedância.A especificação de 1245 mm foi escolhida para corresponder às espessuras do núcleo RO4350B e MT40 e manter a espessura total laminada em 1.636mm.

A lógica central deste empilhamento:Função de alta frequência apenas quando necessário.A utilização dos recursos é mais elevada e os custos são mais controláveis.

Os desafios do processo: Três problemas reais

As pilhas híbridas são muito mais difíceis de processar do que as pilhas de material único.

Desafio 1: O desajuste da CTE causa delaminação e deformação

O RO4350B é um material preenchido com cerâmica, e seu CTE difere do MT40, que é baseado em FR-4. Durante a laminação, os dois materiais se expandem em taxas diferentes,gerando tensões na interface que possam causar delaminação ou deformação da placa.

A solução é uma rampa de temperatura gradual com arrefecimento lento.A rampa é dividida em vários estágios, cada um mantido o suficiente para que o material se amoleça e flua completamente.O estágio de resfriamento controla a taxa de queda de temperatura para evitar o estresse interno de resfriamento rápidoIsto permite que os dois materiais gradualmente acomodem o comportamento de expansão térmica um do outro durante a laminação, reduzindo o estresse da interface.

Desafio 2: Registro incorreto de camadas após laminação multicamadas

Uma espessura laminada de 1,636 mm é moderadamente espessa para uma placa de 8 camadas.

A correcção inclui objetivos de alinhamento adicionais e uniformidade de pressão otimizada nas placas de laminação.Os objetivos de alinhamento fornecem uma referência de registro mais precisa, enquanto a uniformidade de pressão garante uma força uniforme em todo o painel e reduz o deslocamento local.

Desafio 3: Alternar dieléctricos grossos e finos torna a impedância sensível à variação de espessura

O empilhamento alternado é espesso e fino: 0,168 mm RO4350B, 0,381 mm MT40, 0,1245 mm prepreg. As diferenças de espessura entre as camadas dielétricas são significativas.A impedância é altamente sensível à espessura dielétrica, e a variação se traduz diretamente em deslocamento de impedância.

A solução é a tolerância de espessura do material.A espessura do núcleo do RO4350B e do MT40, bem como a espessura da preprega, devem ser rigorosamente inspeccionadas na inspecção de entrada para garantir a consistência de lote para lote.A espessura dielétrica pós-laminagem também precisa ser verificada por secção transversal para confirmar que a impedância permanece dentro do intervalo de projeto.

A vantagem de custo em relação a um empilhamento completo RO4350B

O valor central de um stackup híbrido é reduzir o custo, preservando o desempenho de alta frequência.

Em primeiro lugar, o custo dos materiais diminui significativamente.A substituição do RO4350B pelo MT40 nas camadas internas reduz drasticamente o custo do material.Um empilhamento híbrido mantém RO4350B apenas nas camadas de superfície, tornando-o adequado para a produção em volume de módulos de RF de médio a grande porte.

Em segundo lugar, a resistência ao calor do MT40 compensa a fraqueza da fiabilidade térmica dos materiais cerâmicos puros.O MT40 é um material FR-4 de alto Tg com boa resistência ao calor e pode sobreviver a múltiplos ciclos de refluxo SMT.Mas a sua fiabilidade térmica sob refluxo repetido não é tão boa quanto a FR-4O uso do MT40 nas camadas internas melhora a fiabilidade térmica geral da placa.

Em terceiro lugar, a utilização dos recursos é maior.O desempenho de alta frequência só é necessário nas camadas de superfície do sinal.Colocar RO4350B onde conta e MT40 nas camadas internas é uma alocação mais racional de recursos.

Quando não se deve usar uma empilhadeira híbrida

Esta é a parte que a maioria dos escritos de empilhamento omite, e é a parte mais útil para os engenheiros na fase de seleção de materiais.

Se toda a placa precisar de desempenho de alta frequência.Se as camadas internas também transportarem traços de RF, ou se as camadas de potência tiverem requisitos de impedância rigorosos, a vantagem híbrida desaparece.uma empilhadeira totalmente RO4350B ou outra empilhadeira de alta frequência é mais adequada.

Se o quadro for pequeno.Quando o custo dos materiais é uma pequena parte do custo total, as economias resultantes da construção híbrida são limitadas, enquanto a complexidade do processo aumenta.Um empilhamento de um único material pode ser mais simples e confiável para placas pequenas.

Se não forem necessários ciclos de refluxo múltiplos.A vantagem da confiabilidade térmica do MT40 só importa na montagem de multi-refluxo.

Se o custo não for a primeira restrição.Se o projeto prioriza o desempenho muito acima do custo, um empilhamento de alta frequência evita o risco de processo que a construção híbrida introduz.O valor do híbrido é o equilíbrio, se você não precisa de equilíbrio.Não precisas de híbridos.

A conclusão

Um empilhamento híbrido de 8 camadas RO4350B + MT40 não é uma solução de uso geral.O tabuleiro é grande., o custo é sensível e são necessários múltiplos ciclos de refluxo.

A lógica central é: desempenho de alta frequência na superfície, suporte estrutural e controlo de custos no meio.Variação de impedância, mas essas contramedidas aumentam a complexidade do processo.

Se o seu projeto não atender a essas condições, uma empilhadeira de um único material pode ser a escolha mais sensata.

Se você está trabalhando em um módulo de RF empilhado e precisa equilibrar o desempenho contra o custo, estaríamos felizes em rever seus requisitos.Objetivos de impedância, e metas de custo não de que material soa melhor.

Já construíram pilhas híbridas?