Misure efficaci per risolvere i problemi di produzione di PCB ad alta frequenza

I prodotti elettronici famosi per l'alta velocità, la riduzione delle perdite e la trasmissione del segnale ad alta fedeltà devono essere compatibili con le condizioni di consumo elevato per il funzionamento ad alta potenza, dove il PCBA viene utilizzato per gestire la progettazione termica ad alta frequenza e ad alta dissipazione con una trasmissione del segnale di alta qualità.

Tecnologie come l'alta frequenza, l'alta dissipazione termica e la progettazione di interconnessioni ad alta densità stanno creando nuove dimensioni nel settore dei PCBA e saranno la parte principale della produzione di PCBA nel prossimo futuro. Tuttavia, i progetti complessi e i requisiti di assemblaggio ad alta densità rendono più difficile la produzione di PCBA ad alta frequenza, costringendo le aziende di assemblaggio di PCB chiavi in mano a migliorare le proprie capacità produttive. Come prima scelta per le apparecchiature di trasmissione del segnale ad alta velocità, PCBA ad alta frequenza incontreranno molte difficoltà nel processo di produzione. In questo articolo, FS Technology illustra i più comuni problemi di alta frequenza. Produzione di PCBA problemi e fornirvi le soluzioni più professionali grazie agli ultimi 20 anni di esperienza di produzione.

Introduzione della struttura e dei materiali di produzione dei PCBA ad alta frequenza

Specifiche della struttura

La figura seguente mostra la struttura interna di un circuito stampato ad alta velocità e ad alta frequenza. La combinazione del diagramma della struttura con le caratteristiche di base della scheda è utile per la comprensione di questo articolo.

Schema della struttura di impilamento interno del circuito stampato

Attributi

Valore numerico

Schema della struttura interna del PCBA ad alta frequenza

Conteggio degli strati

18 strati

Dimensione del PCB

133,2 mm*196,5 mm

Rapporto d'aspetto

11:1

Min. Spaziatura/Traccia
larghezza (esterna)

0,13 mm/0,10 mm

Min. Distanza tra traccia e via

0,175 mm

Diametro minimo della via

0,25 mm

Proprietà

Materiale ad alta frequenza, foratura posteriore,
via ad alto rapporto d'aspetto, con inserti in resina,
elevata dissipazione termica tramite

Campi di applicazione

Comunicazione, controllo industriale

Proprietà dei materiali per la produzione di PCBA ad alta frequenza

L'alta frequenza ha un valore di banda di frequenza di circa 300MHz che può essere suddiviso in media frequenza e altissima frequenza sulla base delle lunghezze d'onda. Un'onda elettromagnetica con lunghezza d'onda pari a 1GHz è chiamata microonda. Il materiale del substrato del PCBA determina le funzioni e le proprietà speciali del circuito stampato. In altre parole, se il cliente desidera personalizzare il PCBA IMS o la scheda RF, ciò è determinato principalmente dalle proprietà del materiale. Nella produzione di circuiti stampati per l'elettronica ad alta frequenza, FS Technology deve utilizzare materiali con le seguenti proprietà:

  • Il valore della costante dielettrica deve essere piccolo e stabile.
  • Per una trasmissione del segnale di qualità, anche la perdita dielettrica deve avere un valore ridotto. Se DK è piccolo, anche le perdite di segnale saranno piccole.
  • Per evitare perdite di segnale dovute all'effetto pelle e al disadattamento del controllo dell'impedenza, la rugosità della lamina di rame deve essere ridotta.
  • Il valore di igroscopicità dei materiali di substrato utilizzati per i pannelli ad alta frequenza e ad alta velocità è basso. La costante dielettrica dell'acqua è 70. Se il substrato assorbe acqua, Dk aumenta. Pertanto, la variazione del controllo dell'impedenza disturba la trasmissione del segnale.
  • Il foglio di rame deve avere un elevato valore di resistenza alla pelatura.
  • Il substrato deve avere dimensioni costanti, funzionare bene al calore e avere resistenza chimica. Inoltre, deve avere una buona resistenza agli urti e una buona producibilità.
 

Nel complesso, è necessario prestare attenzione alle proprietà di cui sopra quando si progettano PCBA ad alta frequenza. La tabella seguente mostra le differenze e il confronto tra le proprietà dei circuiti stampati dovute alle diverse Dk, Df e Tg.

Articolo

Materiale A

Materiale B

Materiale C

Materiale D

Dk

2.1-2.5

2.4-2.7

3.5-3.8

4.0-4.5

Df

0.0009-0.0017

0.0007-0.001

0.009-0.013

0.018-0.022

Tg

25°C

210°C

185°C-220°C

120°C

Resistenza alla migrazione degli ioni

A>B>C>D

Resistenza alla migrazione degli ioni

A>B>C>D

Resistenza all'umidità

A>C>B>D

Produttività

D>C>B>A

Costo

A>B>C>D

Problemi durante i processi di fabbricazione dei PCB ad alta frequenza e relative soluzioni

Problema di produzione del foro del tappo in resina

Spiegazione del problema

La produzione di via tappata con resina è utilizzata nell'industria dei circuiti stampati per i prodotti PCB ad alta densità e integrità. L'uso di questa tecnica consente di eliminare i difetti che non possono essere risolti con il processo di resinatura o di impilamento. Per ottenere un'elevata qualità della resina, ci sono alcune difficoltà, come la perdita di alcune caratteristiche della resina stessa e di alcune caratteristiche strutturali delle schede.

Qui si parla di una scheda multistrato ad alta frequenza a 18 strati con una dimensione di 2,65 mm. Il numero massimo di strati che soddisfa i requisiti di via resinati è di 18 strati e i vias sono progettati in gruppi multipli con diversi diametri di via: 0,25 mm e 0,5 mm e il rapporto di aspetto più elevato può essere di 11:1. Poiché le PCBA hanno un rapporto d'aspetto elevato e numerosi progetti di vias, il normale metodo di inserimento dei vias richiede livelli di pressione diversi, per cui si verificano alcuni problemi come l'affondamento della bocca del vias, la formazione di bolle all'interno della cavità e il traboccamento, come illustrato di seguito.

Problema di produzione del foro per la resina del PCBA

Inoltre, è comune che la pulizia della resina sia incompleta. FS Technology consiglia di eseguire da 1 a 2 operazioni di rettifica per garantire una pulizia completa della PCBA. Per quanto riguarda il processo di rettifica, il punto di vista di FS Technology è di impostare il numero di rettifiche in base alle esigenze del progetto. Una rettifica eccessiva può portare a vari Problemi comuni della PCBAcome ad esempio: calo di rendimento, deformazione della scheda, spessore insufficiente del rame, frattura della via, ecc.

Soluzioni

  • Prima di procedere alla resinatura, il circuito deve essere asciugato per garantire l'assenza di umidità all'interno del canale, in modo da impedire la separazione tra il rame del canale e la resina a causa dell'umidità all'interno del canale.
  • Prima di essere utilizzata, la resina deve essere agitata e sottoposta a defoamazione per eliminare le bolle interne alla resina e ridurne la viscosità. In questa circostanza, si creeranno opportunità per la realizzazione di vias con rivestimento in resina con un elevato rapporto d'aspetto. 
  • Quando si applicano le macchine per il vuoto per il riempimento di resina, i vias di piccole dimensioni con un elevato rapporto d'aspetto devono essere completamente riempiti per impedire la formazione di bolle, in modo da garantire la qualità dei vias riempiti di resina.
  • Una volta completati i vias reintegrati, è necessario effettuare una pre-solidificazione della resina basata su una fase di cottura con nastro abrasivo prima della macinazione. I parametri di cottura specifici sono riassunti nella tabella seguente.

Temperatura

Tempo di cottura

80°C

20min

100°C

20min

130°C

20min

150°C

30min

Seguendo i parametri indicati nella tabella, si possono evitare alcuni problemi di qualità come la separazione tra resina e rame e le crepe sulla resina. In questo modo, si possono creare alcune circostanze favorevoli per la rettifica della resine, con conseguente solidificazione incompleta della resina e rimozione di alcuni problemi come la deformazione della scheda e lo spessore insufficiente del rame. Nella figura seguente, si può vedere una buona resina tappata con un'imboccatura liscia e senza bolle o cavità nella via e una rettifica qualificata della resina.

Eccellente foro per la resina PCBA

Problemi di impilamento di PCBA ad alta frequenza

Spiegazione del problema

Le schede laminate sono comunemente utilizzate nei progetti basati su PCB. La tecnologia di saldatura senza piombo ne ha consentito l'uso nelle schede HDI.

Il tipo di PCBA Il circuito stampato che utilizziamo in questo articolo è un PCB HDI a 18 strati con impilamento a due tempi. Grazie all'uso di una scheda ad alta frequenza, sono stati creati numerosi gruppi di via interrati con resina, da uno a diciotto strati, con una distanza tra i via di 0,26 mm. Di conseguenza, si crea una debole forza di legame tra i vias. Inoltre, la forza di legame tra la resina e la lastra preimpregnata è così debole da provocare la laminazione nell'area in cui i vias interrati con resina sono densamente posizionati dopo la saldatura ad alta temperatura.

Soluzioni

Molti componenti causano la laminazione in punti in cui i vias interrati con resina hanno un'alta densità. Per risolvere questo problema, alcune soluzioni sono la selezione dei materiali, la produzione di PCB e le tecniche di produzione.

I primi parametri da considerare sono la compatibilità tra l'olio di riempimento, il materiale del substrato, la Tg e il CTE. Quando si verifica una distinzione relativamente maggiore tra loro, l'olio di riempimento e il materiale del substrato otterranno i loro intervalli di temperatura Tg risultanti e i diversi livelli di espansione risulteranno in tempi di riscaldamento e velocità di aumento della temperatura simili. Quindi la soluzione che esiste è il reperimento ottimale della resina per il tamponamento in base alla Tg e al CTE del materiale del substrato.

Le limitate forze di legame tra la resina di tamponamento e il preimpregnato, l'adesivo meno efficace nel preimpregnato dell'area di passaggio sepolta e l'incompleta rettifica di resing, fanno sì che la laminazione risulti in una cattiva forza di legame tra gli strati. Per migliorare il metodo di resing plugging è necessario effettuare una pre-solidificazione prima della macinazione per produrre una resina completamente macinata prima della solidificazione netta, la resina smetterà di uscire.. L'impilamento dei preimpregnati deve essere progettato nuovamente e i preimpregnati contenenti un elevato contenuto di adesivo devono essere applicati nell'area di densità della resina, al fine di garantire un flusso di adesivo sufficiente per l'impilamento e la resistenza al calore dei prodotti finali.

Se ci sono dei punti di passaggio ad alta densità e il margine della scheda viene intaccato dalla foratura e dalla fresatura grossolana, le sollecitazioni meccaniche causano la laminazione. Quindi sono state utilizzate una nuova lama di foratura e una copertura in alluminio resinato sui punti di passaggio ad alta densità. Il numero di forature e di accatastamenti deve essere diminuito e, dopo l'applicazione della foratura, si utilizzerà una punta che rimbalza con il pannello di cottura. Le sollecitazioni meccaniche devono essere ridotte e la foratura meccanica deve essere migliorata per diminuire l'effetto sulla scheda attraverso la struttura. Il numero di vias degli utensili deve essere ridotto e la vita operativa della lama di fresatura e dell'impilaggio deve essere controllata.

Le schede PCB assorbono l'umidità durante il processo di produzione e l'umidità assorbita viene fatta evaporare dalle alte temperature e si espande a causa del rame ad alta pressione. Le forze di legame tra gli strati di prepreg e di rame sono deboli e ciò causa il distacco e la laminazione. Pertanto, durante il processo di produzione, l'assorbimento di umidità deve essere controllato e monitorato regolarmente.

Il problema dei fori di dissipazione del calore denso dei PCB ad alta frequenza

Spiegazione del problema

La dissipazione del calore non può essere ignorata, poiché le schede multistrato ad alta frequenza e ad alta velocità richiedono alta frequenza, alta densità, alta integrità e alta precisione. Rispetto alle normali schede multistrato, i progetti ad alta densità, alta precisione e alta integrità sono costituiti da numerosi componenti assemblati ad alta densità. High frequency, high speed, and high function design of HDI PCB famous for high power. Fewer spaces and high power will make it challenging for heat dissipation of final projects and also have an effect on the reliability of boards. Sulla base dei parametri della struttura e del funzionamento ad alta frequenza e ad alta velocità, è necessario considerare la progettazione di fori di dissipazione del calore ad alta densità. I fori di dissipazione del calore, rispetto ai fori metallizzati ad alta densità, hanno un effetto sul sottile condotto di rame che affronta il fattore di direzione dello spessore del PCB, con conseguente flusso di calore dei componenti verso il lato posteriore della scheda e con velocità di spostamento verso altri strati di dissipazione.

I fori di dissipazione del calore ad alta densità sono un processo semplice, ma non è facile prestare attenzione all'assicurazione della qualità nel processo di produzione dei PCB. Ad esempio, quando le schede multistrato ad alta frequenza e ad alta velocità hanno un margine di area di fori di dissipazione del calore ad alta densità con più di mille fori con diametro di 0,50 mm e spaziatura di 1,2 mm, per questo processo non è possibile utilizzare una normale tecnica di foratura, poiché il taglio della foratura non verrà rimosso in un intervallo di tempo adeguato e il calore generato attraverso la foratura non verrà dissipato, causando la fusione della foratura che si è collegata alla parete del foro. Quando si raffreddano, si crea un'enorme quantità di residui di colla che influisce sulla qualità delle pareti dei fori. I residui di colla più grandi bloccano i fori e hanno un effetto molto negativo sui PCB, poiché non è facile rimuovere questi blocchi.

Soluzioni

Normalmente la perforazione viene sostituita con nuove punte per ridurre al minimo problemi quali pareti del foro ruvide e concentrazione del calore prodotti da una lunghezza di perforazione non adeguata, abrasione della punta e non corretta eliminazione del taglio. Il valore della pressione di aspirazione deve essere compreso tra 0,0014MPa e 0,02MPa, il che aumenta la quantità di taglio della perforazione. La copertura in resina viene utilizzata al posto della normale copertura in alluminio, che ha la capacità di assorbire il calore prodotto nel processo di perforazione, diminuire le temperature del trapano, creare lubrificazione del trapano, ridurre le dimensioni dei contaminanti del trapano e migliorare la capacità di perforazione.

Un'altra soluzione che va bene per la tecnologia di rimbalzo della punta per la produzione di piccoli fori ad alta densità ha un aumento del tempo di dissipazione del calore della punta e del tempo di eliminazione del taglio e problemi come il blocco del taglio, la concentrazione del calore e la parete ruvida del foro.

Problemi di retroforatura e soluzioni per PCBA ad alta frequenza

Spiegazione del problema

Il circuito di ritorno della trasmissione relativa ai segnali ad alta velocità e ad alta frequenza dipende normalmente dalla tracciatura del rame e dalle PCBA grafiche. Quando il rame viene perforato attraverso la tecnica del foro passante, il circuito di ritorno viene gestito con il segnale che cade in disordine.

Ad esempio, quando un segnale viene inviato dallo strato superiore ad alcuni strati esterni, si crea un ulteriore stub che fornisce il collegamento elettrico. I segnali ad alta velocità saranno suddivisi in due parti, una delle quali sarà riflessa verso il punto posteriore quando passa negli strati inferiori, mentre l'altra parte seguirà il normale percorso verso i circuiti interni.

Le differenze tra le fasi di due categorie di segnali causano la produzione di una risonanza dovuta all'interferenza nei punti di frequenza. La risonanza aumenta le perdite di inserzione, che sono legate alla frequenza di risonanza e hanno un effetto sulla trasmissione del segnale. Se lo stub è più lungo, la maggiore capacità creerà una frequenza di risonanza più bassa che ridurrà la qualità di trasmissione del segnale. In risposta a questo problema, FS Technology può fornire tre soluzioni: ridurre lo spessore del materiale del substrato, posizionare i segnali ad alta velocità sullo strato inferiore del circuito stampato e utilizzare la foratura posteriore. 

Finora abbiamo appreso che la retroforatura è un metodo a basso costo ad alta frequenza e ad alta velocità. PCBA tecnica di costruzione in grado di soddisfare le caratteristiche richieste. Tutto ha vantaggi e svantaggi. Nella realtà Alta frequenza Processo di produzione dei PCBA causa della limitazione della struttura di retroforatura, i produttori avranno problemi di qualità come il metallo del foro interno, l'otturazione del foro e il taglio della foratura durante la produzione.

La procedura ordinaria pre-processo→placcatura della scheda→grafica esterna→incisione esterna→foratura posteriore→post-processo tende a richiedere problemi come bave interne di passaggio e fili di rame. Durante la foratura l'elettro-rame nel foro, la parete provoca forze di legame più deboli rispetto al rame RA per il materiale del substrato che ha il rame sulla superficie, il rame del foro provoca il peeling nella procedura di foratura, conseguenza della bava di passaggio e dei fili di rame.

Soluzioni

L'uso di una punta con un buon angolo e i requisiti di produzione relativi all'angolo di foratura consentono di ridurre le bave che si verificano nel lato interno del foro a causa dell'angolo insufficiente, della velocità di rotazione instabile e della caratteristica di taglio grezzo. È quindi necessario utilizzare questo processo: prelavorazione, placcatura della scheda, grafica esterna, placcatura della grafica, foratura posteriore, incisione esterna e post-processing. Nella figura sottostante, è possibile vedere il campione di foratura.

Il caso del foro posteriore del PCBA ad alta frequenza

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