Lorsqu’un client nous contacte avec une application à haute fréquence, la conversation commence rarement par le prix. Cela commence par le matériel. Dans les conceptions RF et micro-ondes, le substrat n'est pas un support passif : il fait partie du circuit. C'est pourquoi, lorsque ce projet particulier a atterri sur notre bureau, le choix du Rogers TMM10 était déjà fait. La vraie question était de savoir si nous pouvions le construire exactement selon les spécifications.

Voici l'histoire de la façon dont nous avons fabriqué un PCB TMM10 à 2 couches de 5,1 mm d'épaisseur pour une application haute fréquence, et ce qui a rendu cette tâche difficile.

L'exigence du client

Le client avait besoin d'un PCB double face construit sur Rogers TMM10, un matériau micro-ondes thermodurci. L'épaisseur du panneau fini a été spécifiée à5,1 mm, avec une tolérance dimensionnelle serrée de±0,15 mmà travers un compact63,9 mm × 48 mmcontour.

Ce qui a rendu ce projet inhabituel n’était pas seulement le matériau, mais aussi la finition. Le tableau requispas de masque de soudure et pas de sérigraphiede chaque côté. Pour une conception haute fréquence, il ne s’agit pas d’une décision d’économie de coûts, mais d’une décision de performance. Le masque de soudure introduit une couche diélectrique qui peut modifier l'impédance et interférer avec le réglage. Le retirer signifie que la surface du cuivre doit être impeccable, car il n’y a rien derrière quoi se cacher.

La candidature ? Travail RF haute fréquence, de la même famille que les systèmes de communication par satellite, les antennes GPS et patch et les testeurs de puces.

Les défis de l'ingénierie

Une planche de 5,1 mm d’épaisseur n’est pas standard. La plupart des PCB double face sont mesurés en fractions de millimètre. A cette épaisseur, plusieurs choses deviennent difficiles à la fois.

Tout d’abord, le stackup.La carte a été construite comme un PCB rigide à 2 couches :

• Couche de cuivre 1 : 35 μm (1oz)

• Noyau Rogers TMM10 : 5,08 mm (200 mil)

• Couche de cuivre 2 : 35 μm (1 oz)

Ce noyau de 5,08 mm est à l'origine à la fois de la rigidité mécanique de la planche et de sa difficulté de fabrication.

Deuxièmement, le forage.Avec une taille de trou minimale de0,25 mmet une épaisseur de panneau de 5,1 mm, le rapport hauteur/largeur est élevé. Les trous profonds et étroits nécessitent des paramètres de perçage précis et un nettoyage des parois. Nous avons utilisé13 vias traversants, le tout plaqué sur une épaisseur de20 μm, sans vias aveugles. Chaque connexion devait être fiable.

Troisièmement, les belles caractéristiques.La trace et l'espace minimum étaient4/7 milles. Sur un matériau thermodurcissable épais et rempli de céramique, obtenir une gravure uniforme sur tout le panneau n’est pas anodin. Le TMM10 est mécaniquement stable, mais sa fenêtre de traitement est plus étroite que la normeFR-4.

Quatrièmement, la finition.Sans masque de soudure ni sérigraphie, la finition de surface devait être parfaite. Nous avons préciséENIG (Or par immersion au nickel chimique)-une finition plate et résistante à l'oxydation qui prend en charge à la fois la soudure et la liaison filaire. ENIG est un choix premium, et pour cette carte, c'était le bon choix.

Une chose a joué en notre faveur : le TMM10 ne nécessite pas de traitement au naphtalate de sodium avant le placage autocatalytique. Cela a éliminé une étape dangereuse et longue, courante avec les matériaux à base de PTFE.

Comment nous l'avons construit

Chaque projet commence avec les données Gerber. Dans ce cas, le client a fourni une illustration enGerber RS-274-Xformat, la norme de l'industrie. De là, nous sommes passés à la fabrication.

L’empilement était simple sur le papier mais exigeant dans l’exécution. Un seul noyau TMM10 de 5,08 mm, laminé avec 1 once de cuivre des deux côtés, a produit une épaisseur finie de 5,1 mm. Le coefficient de dilatation thermique du matériau est adapté à celui du cuivre, ce qui contribue à maintenir la stabilité dimensionnelle tout au long des cycles thermiques, ce qui est important pour une application susceptible de subir des variations de température.

Le forage est venu ensuite. Avec 13 vias d'un diamètre minimum de 0,25 mm, nous avons contrôlé la profondeur, l'avance et la vitesse de la broche pour éviter les traces de résine et garantir des trous propres. Le placage a porté les parois des vias à 20 µm, fournissant ainsi des connexions électriques solides entre les deux couches de cuivre.

Le circuit lui-même était simple en termes de comptage net : seulement2 filets- mais dense en coussinets. Le conseil porte26 composants,38 tampons au total,21 tampons traversants, et17 plots SMT sur le dessus. Il n'y a pas de plots SMT inférieurs. La disposition est un hybride de montage traversant et de montage en surface, ce qui est courant dans les applications de test RF et d'antenne où un mélange de types de connecteurs et de composants de réglage est requis.

La configuration des traces de 4/7 mil nécessitait un contrôle minutieux de l’exposition et de la gravure. Sur un matériau aussi épais et inégal, la répartition du cuivre peut provoquer des incohérences de gravure. Nous avons ajusté le processus pour maintenir la fidélité des traces sur l’ensemble du panel.

Enfin, ENIG. Sans masque de soudure pour protéger le cuivre, le dépôt nickel-or devait être uniforme et sans défaut. C’est là qu’un conseil comme celui-ci réussit ou échoue : il n’y a pas de dissimulation cosmétique.

Vérification de la qualité

Avant expédition, chaque planche a subiTests 100% électriques. Il s'agit d'une pratique courante pour nous, mais cela est plus important dans un projet comme celui-ci, où le client ne peut pas inspecter visuellement les défauts du masque de soudure ou les erreurs de sérigraphie. Le test électrique confirme la continuité, l'isolation et l'intégrité du réseau.

La planche a été fabriquée pourIPC-Classe-2normes – la référence en matière d’électronique de service dédiée. Il est fiable et durable, conçu pour une utilisation réelle plutôt que pour une démonstration en laboratoire.

Le résultat

Le panneau fini mesurait 63,9 mm × 48 mm, avec une tolérance de ±0,15 mm. Il transportait 26 composants répartis sur 38 plots, reliés par 13 vias, avec un poids de cuivre fini de 1 once (1,4 mils) sur les couches externes.

Plus important encore, il répondait aux exigences électriques et mécaniques d’une application haute fréquence. La combinaison des propriétés électriques du TMM10 (une constante diélectrique de 9,20 et un facteur de dissipation de 0,0022 à 10 GHz) avec une construction rigide de 5,1 mm rend cette carte adaptée aux applications où l'intégrité du signal et la stabilité physique ne sont pas négociables.

Pourquoi TMM10 ?

Pour les lecteurs qui ne connaissent pas le matériel, TMM10 mérite d'être compris. Il s'agit d'un matériau micro-ondes thermodurci qui combine les avantages électriques du PTFE avec les avantages mécaniques des substrats remplis de céramique. Il résiste au fluage et à l'écoulement à froid. Il résiste aux produits chimiques de traitement. Il ne nécessite pas de traitement au naphtalate de sodium. Et comme il est basé sur une résine thermodurcie, il permet une liaison filaire fiable.

Ses applications typiques incluent les testeurs de puces, les polariseurs diélectriques, les systèmes de communication par satellite et les antennes GPS ou patch, exactement le type d'environnements haute fréquence pour lesquels cette carte a été conçue.

Pensées finales

Une carte TMM10 de 5,1 mm d'épaisseur sans masque de soudure ni sérigraphie n'est pas une construction de routine. Cela nécessite une bonne connaissance des matériaux, un bon contrôle des processus et la volonté de travailler sans filet de sécurité.

Si vous travaillez sur une conception haute fréquence et avez besoin d'un fabricant qui comprend les matériaux comme le TMM10, nous serions ravis d'en discuter. Que votre carte ait une épaisseur de 0,5 mm ou de 5,1 mm, la conversation commence de la même manière : par vos exigences.

Contactez-nous pour discuter de votre prochain projet de PCB haute fréquence.