Medidas efectivas para resolver problemas de fabrico de PCB de alta frequência

Com esses produtos electrónicos famosos pela alta velocidade, menos perdas e transmissão de sinal de alta fidelidade devem ter compatibilidade com condições de alto consumo para operações de alta potência em que o PCBA é utilizado para lidar com o desenho térmico de alta frequência e alta dissipação com transmissão de sinal de alta qualidade.

As tecnologias como alta frequência, alta dissipação térmica e desenho de interligação de alta densidade estão a criar novas dimensões na indústria de PCBA e serão a parte principal do fabrico de PCBA num futuro próximo. Mas designs complexos e requisitos de montagem de alta densidade tornam o fabrico de PCBA de alta frequência mais difícil, forçando as empresas de montagem de PCBA chave na mão a actualizarem as suas capacidades de fabrico. Como a primeira escolha para equipamento de transmissão de sinal de alta velocidade, PCBA de alta frequência irá encontrar muitas dificuldades no processo de fabrico. Neste artigo, a Tecnologia FS irá explicar a alta frequência comum Fabrico de PCBA problemas e fornecer-lhe as soluções mais profissionais ao longo dos últimos 20 anos de experiência de fabrico.

Introdução da estrutura PCBA de alta frequência e materiais de fabrico

Especificações de estrutura

A figura abaixo mostra a estrutura interna de um PCB de alta velocidade de alta frequência. A combinação do diagrama da estrutura com as características básicas do quadro é útil para a compreensão da leitura deste artigo.

Diagrama da estrutura de empilhamento interno da placa de circuitos

Atributos

Valor numérico

Diagrama de estrutura interna PCBA de alta frequência

Contagem de camadas

18 camadas

Dimensão PCB

133,2mm*196,5mm

Rácio de aspecto

11:1

Min. Espaçamento/Traço
largura (exterior)

0.13mm/0.10mm

Min. Espaçamento do traço de btw para via

0.175mm

Min. via diâmetro

0.25mm

Imóveis

Material de alta frequência, perfuração traseira,
alta razão de aspecto, com ligação à rede de resina,
alta dissipação térmica através de

Campos de aplicação

Comunicação, controlo industrial

Propriedades do material para o fabrico de PCBAs de alta frequência

A alta frequência tem um valor de banda de frequência de cerca de 300MHz que pode ser dividida em frequência média e frequência muito alta com base nos comprimentos de onda. Uma onda electromagnética que tem um comprimento de onda igual a 1GHz é chamada micro-ondas. O material de substrato do PCBA determina as funções e propriedades especiais da placa de circuito. Ou seja, quer o cliente queira personalizar o PCBA IMS ou a placa RF, esta é principalmente determinada pelas suas propriedades materiais. A tecnologia FS tem de utilizar materiais com as seguintes propriedades de alta frequência ao fabricar placas de circuito para a electrónica de alta frequência:

  • O valor da constante dieléctrica deve ser pequeno e ter estabilidade.
  • Para a transmissão de sinal com qualidade, a perda dieléctrica também tem um pequeno valor. Se DK for pequeno, as perdas de sinal também serão pequenas.
  • Para evitar perdas de sinal devido ao efeito cutâneo e ao desajuste do controlo da impedância, deve haver menos rugosidade na folha de cobre.
  • Há um baixo valor de higroscopicidade para materiais de substrato utilizados para placas de alta frequência e de alta velocidade. A constante dieléctrica para a água é de 70 se o substrato absorver água, Dk irá aumentar. Assim, a alteração no controlo da impedância perturbará a transmissão do sinal.
  • A folha de cobre deve ter um alto valor de resistência da casca
  • O substrato deve ter um tamanho constante, funcionar bem no calor, e ter resistência química. Além disso, ter uma boa resistência ao impacto e manufacturabilidade
 

Em suma, as propriedades acima referidas devem ser tidas em conta na concepção de PCBAs de alta frequência. A tabela seguinte mostra a diferença e comparação das propriedades das placas de circuito trazidas por diferentes Dk, Df, e Tg.

Item

Material A

Material B

Material C

Material 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

Resistência à migração iónica

A>B>C>D

Resistência à migração iónica

A>B>C>D

Resistência à humidade

A>C>B>D

Manufacturabilidade

D>C>B>A

Custo

A>B>C>D

Problemas durante os Processos e Soluções de Fabrico de PCB de Alta Frequência

Problema de fabrico de tampas de resina

Explicação do problema

A resina plugged via manufacturing é utilizada na indústria de PCB para produtos de PCB com alta densidade e integridade. Através da utilização desta técnica, as falhas que não podem ser resolvidas através de óleo de resina plugado via ou empilhamento via são removidas. Para obter a alta resina plugada através da qualidade, existem algumas dificuldades como a resina plugada através da própria perda de algumas características e algumas características estruturais das placas.

Aqui estamos a discutir a placa multicamadas de 18 camadas de alta-frequência com uma dimensão de 2,65 mm. A contagem máxima de camadas em conformidade com a exigência de resina de passagem é de 18 camadas e as vias são concebidas em grupos múltiplos com diferentes diâmetros de passagem: 0,25 mm e 0,5 mm e a maior relação de aspecto pode ser de 11:1. Como o PCBA tem uma elevada relação de aspecto e numerosos através da concepção normal de entupimento através de método e vias de muitos tamanhos requerem diferentes níveis de pressão com que alguns problemas ocorrem como afundamento da boca, bolhas de cavidade interna e transbordamento, como se mostra abaixo.

Problema de fabrico de tampas de resina PCBA

Além disso, é comum que a limpeza da resina esteja incompleta. A FS Technology recomenda 1 a 2 trabalhos de moagem para assegurar um trabalho completo de limpeza de PCBA. Para o processo de moagem, o ponto de vista da Tecnologia FS é definir o número de moagens de acordo com as necessidades do projecto. A trituração excessiva pode levar a vários problemas comuns de PCBAtais como: queda de rendimento, deformação da placa, espessura insuficiente do cobre, via fractura, etc.

Soluções

  • Antes da ligação da resina, a placa de circuito tem de ser seca para garantir a não existência de humidade no interior via, o que visa parar a separação entre via cobre e resina devido à humidade no interior via.
  • Antes de ser utilizada, a resina tem de ser agitada e passar por desespumação a fim de eliminar bolhas internas dentro da resina e de reduzir a viscosidade da resina. Em tais circunstâncias, serão criadas oportunidades para vias de resina com uma elevada relação de aspecto. 
  • Quando estão a ser aplicadas máquinas de entupimento a vácuo para entupimento de resina, as pequenas vias com elevada relação de aspecto têm de ser totalmente entupidas para impedir a geração de bolhas, de modo a que a qualidade das vias entupidas com resina possa ser assegurada.
  • Com as vias reiniciadas concluídas, a pré-solidificação tem de ser feita em resina com base na cozedura em fase por cinta abrasiva antes da moagem. Os parâmetros específicos de cozedura são resumidos na tabela seguinte.

Temperatura

Tempo de cozedura

80°C

20min

100°C

20min

130°C

20min

150°C

30min

Os parâmetros discutidos na tabela devem ser seguidos, alguns problemas de qualidade podem ser evitados como a separação entre a resina e o cobre e fissuras na resina. Com isso, podem ser feitas algumas circunstâncias favoráveis para a moagem de resing, resultando numa solidificação incompleta da resina com algum problema de remoção, como deformação da tábua e espessura insuficiente do cobre. Na figura abaixo, podemos ver boa resina entupida por ter uma boca lisa e sem bolhas ou cavidade na via e moagem qualificada da resina.

Excelente furo para tampas de resina PCBA

Problemas de empilhamento de PCBA de alta frequência

Explicação do problema

Uma placa laminada é normalmente utilizada em projectos baseados em PCB. A sua característica de tecnologia de soldadura sem chumbo foi utilizada em placas HDI.

O tipo de PCBA que estamos a utilizar neste posto é um PCB HDI de 18 camadas com empilhamento de duas vezes. Através da utilização de uma placa de alta-frequência, foram criados numerosos grupos de resina enterrada através de uma a dezoito camadas com 0,26 mm de espaçamento. Como resultado, é criada uma fraca força de ligação entre as vias. Além disso, a força de ligação entre a resina e a folha de pré-impregnado é tão fraca que a laminação será causada na área onde as vias enterradas de resina são densamente colocadas após a soldadura a alta temperatura.

Soluções

Muitos componentes provocam a laminação em locais onde as vias enterradas com resinas têm alta densidade. Para resolver este problema, algumas soluções são a selecção de materiais, fabrico de PCB, e técnicas de fabrico.

Os primeiros parâmetros a considerar na compatibilidade existente entre o óleo de entupimento, material de substrato, e Tg e CTE. Quando ocorre uma distinção relativamente maior entre eles, o óleo de entupimento e o material de substrato obterão os intervalos de temperatura Tg resultantes e diferentes níveis de expansão resultarão num tempo de aquecimento e velocidade de subida de temperatura semelhantes. Portanto, a solução que existe na descoberta ideal de resina para tamponamento com base no material de substrato Tg e CTE.

As forças de ligação limitadas entre a resina de entupimento e o pré-impregnado adesivo menos eficaz no pré-impregnado enterrado através da área e da trituração de restos incompletos, a laminação resultante resultará de más forças de ligação entre as camadas. Para melhorar o método de tamponamento de resing, a pré-solidificação deve ser feita antes da moagem para produzir resina totalmente moída antes da solidificação da rede, a resina deixará de sair.. O empilhamento do pré-impregnado tem de ser concebido novamente e o pré-impregnado contendo um elevado teor de adesivo deve ser aplicado na área de densidade de resina, a fim de garantir um fluxo de adesivo suficiente e resistência ao calor dos produtos finais.

Se houver uma alta densidade via e a margem da placa for afectada pela perfuração e fresagem em bruto, então a tensão mecânica causa a laminação. Em seguida, foram utilizadas novas lâminas de perfuração e cobertura de alumínio resinoso na alta densidade através de pontos. A contagem de perfuração e empilhamento deve ser diminuída, e um pouco de saltos será utilizado com a placa de cozedura após a aplicação da perfuração. A tensão mecânica deve ser diminuída e a perfuração mecânica deve ser melhorada para diminuir o efeito sobre a tábua através da estrutura. A contagem das vias das ferramentas deve ser diminuída e a vida operacional da lâmina de fresagem e empilhamento deve também ser controlada.

As placas PCB absorverão humidade através do processo de fabrico e a humidade absorvida será evaporada através de altas temperaturas e será expandida devido ao cobre com alta pressão. Uma vez que as forças de ligação e as camadas de pré-impregnado e cobre são fracas, o que provocou o descasque e também a laminação. Assim, ao longo do processo de fabrico, a absorção de humidade deve ser controlada e monitorizada regularmente.

O problema dos furos de dissipação de calor denso de PCB de alta frequência

Explicação do problema

A dissipação de calor não pode ser ignorada uma vez que as placas multicamadas de alta frequência e alta velocidade precisam de alta frequência, alta densidade, alta integridade e alta precisão. Em comparação com as placas multicamadas comuns, a alta densidade, a alta precisão e o desenho de alta integridade consistem em numerosos componentes montados através de alta densidade. 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. Com base em parâmetros de estrutura e funcionamento de alta frequência e alta velocidade, deve ser considerada a concepção de furos de dissipação de calor de alta densidade. Os furos de dissipação de calor em comparação com os furos metalizados de alta densidade, têm um efeito sobre o conduto de cobre fino que enfrenta o factor de direcção da espessura da placa de circuito impresso, em resultado do fluxo de calor dos componentes para a parte de trás da placa e com a velocidade de deslocação para outras camadas de dissipação.

Os furos de dissipação de calor de alta densidade enfrentam um processo simples, mas não é fácil dar atenção ao seguro de qualidade no processo de produção de PCB. Por exemplo, quando as placas multicamadas de alta frequência e alta velocidade têm uma margem de área de furo de alta densidade de dissipação de calor com mais de mil furos com um diâmetro de 0,50 mm e espaçamento de 1,2 mm, para este processo, uma técnica de furação normal não pode ser utilizada, uma vez que o corte da perfuração não será removido num respectivo intervalo de tempo e o calor gerado através da broca não será dissipado, o que provocará a fusão da broca que se ligou à parede do furo. Quando arrefecem, uma enorme quantidade de resíduos de cola será criada com um efeito na qualidade das paredes do buraco. Os resíduos de cola de maiores dimensões farão os buracos e terão um efeito muito mau nos PCB, uma vez que não é fácil remover estes bloqueios.

Soluções

Normalmente, a perfuração será substituída por novas brocas para fazer furos para minimizar problemas tais como paredes de furos em bruto e concentrar o calor produzido pelo não bom comprimento da broca, pela abrasão da broca, e pela não eliminação adequada do corte. O valor de aspiração e pressão de sucção deve ser de 0,0014MPa a 0,02MPa, o que aumenta a quantidade de corte da perfuração. A cobertura de resina é utilizada sobre a cobertura normal de alumínio, que tem a capacidade de absorver o calor produzido no processo de perfuração, diminuir as temperaturas de perfuração, criar lubrificação da broca, reduzir o tamanho dos contaminantes da broca e aumentar a capacidade de perfuração.

Outra solução que é boa para uma tecnologia de ressalto de bits para a produção de furos pequenos de alta densidade tem tempo de dissipação de calor da broca e incremento do tempo de eliminação do corte e problemas criados como bloqueio do corte, concentração de calor e parede do furo em bruto

Problemas de perfuração traseira e soluções para PCBA de alta frequência

Explicação do problema

O circuito de retorno da transmissão relacionado com sinais de alta velocidade e de alta frequência depende normalmente do rastreio de cobre e dos PCBAs gráficos. Quando o cobre é perfurado através do circuito de retorno através da técnica de passagem do furo será gerido com o sinal a cair numa confusão.

Por exemplo, quando um sinal é enviado da camada superior para algumas camadas externas, há a criação de um toco adicional que fornece a ligação eléctrica. Os sinais de alta velocidade serão separados em 2 partes, que serão reflectidas até ao ponto posterior, quando vão para as camadas inferiores, e a outra parte segue o caminho normal para o circuito interno.

Diferentes relacionadas com as fases de 2 categorias de sinais causam a produção da ressonância devido a interferências em pontos de frequência. A ressonância aumenta as perdas de inserção que são ambientais à frequência de ressonância e tem um efeito na transmissão do sinal. Se o toco for mais longo, a maior capacidade criará uma menor frequência de ressonância que reduzirá a menor qualidade de transmissão do sinal. Em resposta a este problema, a Tecnologia FS pode fornecer três soluções: reduzir a espessura do material do substrato, colocar sinais de alta velocidade na camada inferior da placa de circuito, e utilizar a perfuração traseira. 

Até agora, aprendemos que a perfuração de costas é de baixo custo e de alta frequência PCBA técnica de construção que tem a capacidade de cumprir as características exigidas. Tudo tem vantagens e desvantagens. Na actual Alta frequência Processo de fabrico de PCBDevido à limitação da estrutura de perfuração traseira, os fabricantes terão problemas de qualidade, tais como o metal do furo interior, o entupimento do furo e a perfuração de corte na produção.

O procedimento ordinário pré-process→board plating→external graphics→graphic graphics→graphic plating→external etching→back drilling→post-processo tende a chamar a atenção para questões como as internas através de rebarbas e fios de cobre. Durante a perfuração do furo electro-cobre no furo, a parede causa forças de ligação mais fracas do que o cobre RA para material de substrato com cobre na superfície, o cobre do furo causa descascamento no procedimento de perfuração do furo, consequência de via de rebarbas e fios de cobre.

Soluções

Existe a utilização de uma broca com um bom ângulo e requisitos de fabrico relacionados com o ângulo de perfuração que resulta na redução da rebarba que ocorre no lado interno do furo devido ao ângulo insuficiente, à velocidade de rotação instável e à característica de corte em bruto. Portanto, há necessidade de utilizar este processo, pré-processamento, chapeamento de placas, grafismo exterior, chapeamento gráfico, perfuração posterior, gravura exterior e pós-processamento. Na figura abaixo, pode ver o suporte da amostra de perfuração.

O caso do buraco traseiro de alta frequência PCBA

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