8 couches de circuits imprimés à détection directe RO4350B et MT40 Matériau à impédance contrôlée

Ce PCB hybride personnalisé à 8 couches utilise un empilement symétrique : 0,168 mm RO4350B sur les côtés supérieur et inférieur, associé à un noyau I-Tera MT40 de 0,381 mm et un prépreg MT40 de 0,1245 mm. L'épaisseur finie pressée atteint 1,636 mm. Les couches externes portent du cuivre fini de 1 oz, tandis que les couches internes utilisent du cuivre de 0,5 oz. La carte est finie avec un masque de soudure vert et une sérigraphie blanche, et un traitement de surface palladium-or. La dimension de la carte est de 179 mm × 121 mm (1 pièce). La conception comprend des vias aveugles L1-L2 et L7-L8. La couche supérieure présente des pistes de 6 mils conçues pour une impédance asymétrique de 50 ohms.

Spécification du PCB

Le tableau ci-dessous résume tous les paramètres de fabrication clés pour ce PCB hybride.

Empilement du PCB

Introduction au laminé RO4350B & I-Tera MT40

I-Tera MT40 est conçu pour les applications de PCB numériques haute vitesse et RF/micro-ondes. Il offre une constante diélectrique (Dk) stable sur une plage de -55°C à +125°C jusqu'aux fréquences de la bande W, avec un faible facteur de dissipation (Df) de 0,0031. Le MT40 constitue une alternative rentable aux matériaux micro-ondes PTFE. Le MT40 est proposé sous forme de laminé et de prépreg, compatible avec les processus de fabrication FR-4 standard et ne nécessite aucun traitement spécialisé des trous traversants PTFE. Il prend en charge plusieurs cycles de refusion et de laminage répétés, présente une résistance au CAF et répond aux exigences RoHS.

RO4350B est un laminé hydrocarboné chargé de céramique bien connu pour les circuits RF et micro-ondes. Il maintient un faible facteur de dissipation sur les fréquences micro-ondes, offrant des performances électriques constantes pour les pistes RF à impédance contrôlée. Son Dk stable et son faible Df minimisent l'atténuation du signal, ce qui est essentiel pour les lignes de transmission à haute fréquence. Le RO4350B a un profil CTE défini différent des matériaux FR4 standard, un facteur clé à considérer lors du laminage hybride.

Rationalité de conception de cet empilement diélectrique hybride à 8 couches-empilement

1. Logique de conception haute fréquence pour RO4350B double face avec I-Tera MT40 au milieu

Les couches externes supérieure et inférieure adoptent le RO4350B de 0,168 mm. Grâce au faible Df intrinsèque et à la constante diélectrique stable du RO4350B, il maintient une faible atténuation du signal micro-ondes. Ces propriétés matérielles le rendent idéal pour le routage RF asymétrique de 50Ω sur la couche supérieure, préservant l'intégrité du signal lorsque les signaux RF parcourent les pistes de 6 mils.

Le noyau central I-Tera MT40 de 0,381 mm tire parti de la Tg élevée de 215°C et de la température de décomposition élevée Td de 360°C du MT40. Ces propriétés thermiques offrent un support mécanique robuste et des performances thermiques stables pour l'empilement à 8 couches. L'utilisation du MT40 pour les couches internes évite le coût élevé des matériaux associé à la fabrication d'une carte entièrement en RO4350B.

Le prépreg MT40 de 0,1245 mm est sélectionné pour son flux de résine constant et ses propriétés diélectriques bien définies. Avec les caractéristiques Dk stables du MT40, ce prépreg ajuste précisément l'épaisseur diélectrique inter-couches. Lorsqu'il est combiné aux noyaux RO4350B externes, l'assemblage de l'empilement atteint de manière constante l'épaisseur finie cible de 1,636 mm avec une tolérance d'épaisseur gérable.

2. Défis de fabrication et stratégies d'amélioration pour cet empilement à 8 couches et trois matériaux

Le RO4350B et l'I-Tera MT40 ont des propriétés CTE dissemblables. Le comportement de dilatation thermique du RO4350B diffère de celui du MT40, qui possède une matrice époxy avec une Tg élevée de 215°C. Lorsqu'il est exposé à la chaleur pendant le laminage, les taux d'expansion incompatibles créent des contraintes interfaciales, qui peuvent entraîner une délamination ou une déformation de la carte. Pour contrer cette différence de propriétés matérielles, les fabricants mettent en œuvre des cycles de chauffage segmentés et graduels et de refroidissement lent pour libérer progressivement les contraintes thermiques.

Cet empilement à 8 couches atteint 1,636 mm après pressage, et le décalage des couches est un risque connu. Bien que le MT40 lui-même prenne en charge plusieurs cycles de laminage, les structures multicouches épaisses présentent toujours un risque de décalage des couches. L'ajout de cibles d'enregistrement et l'égalisation de la distribution de la pression sur les plaques de presse aident à maintenir l'alignement des couches pendant le laminage.

L'impédance est directement régie par la constante diélectrique et l'épaisseur diélectrique. Le RO4350B et le MT40 ont chacun leurs propres valeurs Dk fixes. Toute variation de l'épaisseur du substrat entrant modifiera la distance physique entre les plans de cuivre et déplacera les lectures d'impédance. L'inspection des matériaux entrants est essentielle pour verrouiller la tolérance d'épaisseur du laminé avant la production.

3. Avantages coût-performance de cet empilement hybride à 8 couches par rapport aux cartes entièrement en RO4350B

Si l'ensemble de l'empilement utilisait du RO4350B, le coût total des matériaux serait substantiel. Le remplacement des couches de noyau interne et de prépreg par de l'I-Tera MT40 réduit considérablement les coûts des matériaux, rendant cet empilement adapté à la production de masse de modules RF de taille moyenne à grande.

La Tg élevée (215°C) et la Td élevée (360°C) du MT40, associées à sa capacité à survivre à plusieurs cycles de refusion, surpassent les substrats haute fréquence céramiques purs en fiabilité thermique. Ces propriétés thermiques permettent à la carte de supporter des assemblages SMT répétés sans dégradation.

Seules les couches de signal supérieure et inférieure utilisent le RO4350B, dont le faible Df est requis pour la transmission RF. Les couches d'alimentation et de masse internes s'appuient sur le MT40, qui a un Dk stable pour les fonctions numériques et d'alimentation. Ce déploiement sélectif des matériaux fait correspondre les propriétés des matériaux à la fonction du circuit et élimine le gaspillage inutile de matériaux haute fréquence.