本演講將討論如何正確選擇PCB層壓板或材料。在選擇開始之前,有許多因素需要考慮。確保材料特性符合您的特定電路板要求和最終應用。今天,我們將重點關注適用于高速PCB設計的材料的介電特性,成本和可制造性。
其中一個主要問題我們在制造PCB時面臨的是PCB設計師經常過度依賴材料數據表。不要誤解我的意思,數據表為設計人員提供了材料電氣特性的詳盡描述,電氣特性是高速應用的首要考慮因素。然而,考慮到各種現實制造問題,數據表不盡如人意,而現實世界的制造問題也很重要,因為它們會影響產量和成本。
PCB材料類別
因此,讓我們直接進入。在選擇高速PCB層壓板時,關于一個,可制造性和兩個成本必須關注的主要問題是什么?我們來看看這張圖表吧。為方便起見,我們根據材料的信號損失特性將重要材料分類到桶中。
在左邊,我們有像FR-4這樣的材料。這些是您的標準日常材料,例如來自中國的材料,如南亞,以及來自美國的材料,如Isola。 FR-4是可用于任何應用的標準材料,但它們也是最損耗的層壓板。它還可能存在大量其他電氣和機械問題,如果您遇到FR-4問題,請給我發電子郵件。我很樂意提供幫助。
當我們瀏覽圖表時,您可以看到應用程序PCB材料損耗較小,速度較快的應用程序。 Rogers 4350的表現與Megtron 6和Itera類似,因此當您需要這種性能水平時,這些是您應該考慮的材料。
信號丟失和工作頻率
因此,出現了問題。哪種PCB材料特性可以解釋PCB電氣性能的差異,以及這些差異如何影響PCB材料成本?事實證明,在高速PCB設計的材料性能方面,有三個主要因素需要評估。工作頻率下的信號損耗是多少?您是否應該關注編織效果,以及材料在構造中的堆疊有多容易?
首先,我們來看看信號丟失與工作頻率之間的關系。從圖中可以看出,信號損失與頻率之間存在直接關聯。與此同時,我們也可以看到某些材料的損耗比其他材料低。這是我們在上一張圖表中用于創建物料分類桶的基礎。該圖表顯示哪些材料在較高速度下可能更好地電氣化。
接下來,讓我們根據材料分類比較直接成本。從圖表中可以看出,損耗較少的材料成本更高。您必須確定哪些材料最適合您的特定項目。如您所見,Rogers 4350B材料高于Megtron 6或Itera,即使電氣性能相似。在微波爐類別中,Taconic RF-35的成本與此類別中的其他材料相比便宜約30%。
非PTFE材料
讓我們深入研究非PTFE材料。我們稍后會回到PTFE材料。現在,所有這些材料的表現都有些相似,而且成本有些相似,但是成本差異是合理的,使用成本較高的材料有什么優勢呢?
首先,我們必須了解材料結構,還必須了解玻璃對特性阻抗的影響。實現這一目標的一種方法是了解編織效果和不同類型的玻璃布。如您所見,不同的玻璃結構將影響DK分布。具有松散編織的板將具有更大的板厚變化和更大的DK分布變化。然而,緊密編織將具有更一致的板厚度和更均勻的DK分布。材料的有效DK與穿過電介質的信號保持一致。
從制造角度來看,真正重要的是編織更緊密的電路板更容易制造。當玻璃編織更加一致時,機械激光鉆孔也變得更加一致。
除玻璃編織外,還有兩種其他類型的玻璃可供選擇,Si玻璃或E玻璃。 E玻璃是主要的玻璃類型。它的厚度在1.3密耳到6.8密耳之間變化。從圖表中可以看出,5千兆赫的E玻璃DK為6.5,而DF為.006。現在,Si玻璃比E玻璃更純凈,因此,Si玻璃的5千兆赫茲的DK為4.5,DF為0.004。如果你問我,層壓板與E玻璃相比的成本要高出約15%,非常值得。
間接成本
現在,我們來看看一些間接成本。重要的是要記住,我們不能單獨查看材料的成本。事實上,大部分總成本并非來自直接材料成本,而是來自與PCB材料相關的PCB工藝成本。
影響制造成本的關鍵因素之一是層壓。中等,低和極低損耗類別的材料通常以與FR-4相同的方式制造,盡管某些材料在尺寸上比其他材料更穩定,并且一些材料更容易激光。
另一方面在RF微波類別中,材料不像非PTFE類材料那樣記錄,因此變得非常難以制造,尤其是在多層疊層中。這種困難主要是因為PTFE材料存在拉伸問題。通常,我們在層壓之前使用擦洗來制備材料,但是對于這類材料,擦洗是一個問題。我們已經確定如何在層壓后獲得可靠的附著力,但它仍然很難。
關鍵制造注意事項
所以,接下來,讓我們討論處理混合PCB疊層時的關鍵制造考慮因素。首先,確保混合堆疊中的所有材料都與您的層壓周期兼容。在層壓過程中,一些材料需要比其他材料更高的溫度和壓力。在提交設計之前,請檢查材料數據表以確認正在使用兼容材料。
混合堆疊中的第二個考慮因素是鉆孔參數,以確保正確的孔形成。鉆頭的進給量和速度根據堆疊中的材料而變化。如果你的疊層是純粹的結構,意味著它是完全相同的材料,而不是混合結構,必須調整進給和速度。例如,某些設置產生大量熱量,如果材料不能承受熱量,則可能會有一些變形。您還應該考慮到不同材料的鉆取方式不同。例如,羅杰斯將鉆頭磨得更快,從而影響成本。
鉆孔后和沉積前,有孔壁準備。不同材料需要不同的等離子制造商之間的一個骯臟的小秘密是,并非所有人都根據材料改進我們的工藝。每個通用類別都有流程指南,但為了絕對可靠和按時交付,制造商應該根據每種材料改進流程。
混合材料的疊加指南
接下來,我們將回顧三個疊加并討論混合材料的一些基本疊加指南。 Stackup頭號是使用Rogers 3000材料的純Rogers疊加。它是一種多層結構,在較高溫度下需要較長的停留時間。該層壓過程稱為熔融粘合。只有極少數制造商,如Sierra Circuits,擁有設備和專業知識來執行此操作。
第二個堆疊是使用Rogers和Isola材料的混合堆疊。設計人員使用這種方法可以節省材料成本并有助于多層疊層的可制造性。羅杰斯不適合順序層壓工藝,還有其他材料供應商,如Taconic和Isola,他們生產的材料與羅杰斯相似,并沒有這些限制。過去,很難控制這些B級材料的壓出厚度。現在,憑借更好的設備,更好的過程控制,客戶可以期待一致性并獲得好處。
第三個也是最后一個是僅由Taconic材料組成的堆疊。這些材料雖然基于玻璃布,但具有與羅杰斯材料類似的性能,并且更容易制造。使用玻璃布,材料也變得尺寸穩定。
混合疊加指南
現在,讓我們討論一些混合疊加指南。在處理混合結構時,我們建議如下。使用高性能材料作為核心。 FR-4預浸料層壓板。平衡FR-4部分,不要使用Tg較低的材料的高Tg電介質或粘合膜。
所以,你有它。我們回顧了如何基于性能和成本(包括可制造性)選擇高速材料,并且我已經回顧了三個相對復雜的堆疊。
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