Hibrit PCB'ler: Optimum Performans için Rogers Malzemesini TG170 ile Birleştirmek

Müşteri-Antroize Görüntüler

Hibrid PCB'ler-yüksek performanslı Rogers malzemelerinin ve uygun maliyetli TG170 FR4'ün karışık laminasyonunu kullanarak, yüksek frekanslı elektronikler için bir oyun değiştirici olarak ortaya çıktı. Rogers'ın sinyal bütünlüğünü TG170'in mekanik mukavemeti ve karşılanabilirliği ile birleştirerek, bu PCB'ler nadir bir performans, dayanıklılık ve maliyet verimliliği dengesi sağlar. 5G taban istasyonları, radar ve endüstriyel sensör uygulamaları için ideal olan hibrid tasarımlar, kritik bir zorluğu çözer: malzemelere aşırı harcama yapmadan yüksek frekanslı performans nasıl elde edilir.

Bu kılavuz, Rogers ve TG170'i birleştirmenin, hibrit yığınlar için en iyi uygulamaları tasarlamanın ve üretim engellerinin nasıl üstesinden gelileceğini-hem yüksek hızlı sinyal iletiminde hem de gerçek dünya güvenilirliğinde mükemmel olan PCB'leri oluşturmak için mühendisleri nasıl denetlemenin arkasındaki bilimi araştırıyor.

Kilit çıkarımlar
1.Brid PCB'ler Rogers ve TG170 eşleştirme, yüksek frekans performansının% 90'ını korurken, malzeme maliyetlerini tam Rogers tasarımlarına kıyasla% 30-40 azaltır.
2. Rogers malzemeleri (örneğin, RO4350), düşük dielektrik kaybı (DF = 0.0037) ve stabil dielektrik sabiti (DK = 3.48) ile yüksek frekanslı (28GHz+) uygulamalarda mükemmeldir, TG170, mekanik güç (TG = 170 ° C) ve kritik olmayan katmanlar için maliyet tasarrufları sunar.
3.Proper Stack-Up Tasarım-Rogers'ı kritik katmanlarda ve TG170'i güç/zemin katmanlarına yerleştirerek-maliyeti en aza indirirken performansı maksimize eder.
4. Termal Genişleme Uyumsuzluğu ve Laminasyon Bağlama gibi üretim zorlukları, malzeme seçimi (eşleşen CTE) ve kontrollü süreçler (hassas laminasyon) ile çözülebilir.

Neden Rogers ve TG170'i birleştirmelisiniz?
Rogers ve TG170'in her biri, her iki materyali de kullanmanın sınırlamalarını ele alan hibrit PCB'lere benzersiz güçlü yönler getiriyor:

A.Rogers malzemeleri (örneğin, RO4000 serisi) yüksek frekanslı performans için tasarlanmıştır, ancak bir prim (3-5x FR4 maliyeti). Düşük kayıp ve kararlı DK'nin pazarlık edilemeyeceği sinyal kritik katmanlarda parlarlar.
B.TG170 FR4, güçlü mekanik özelliklere sahip, güç dağılımı, zemin düzlemleri ve yüksek frekans performansının daha az önemli olduğu kritik olmayan sinyal katmanları için ideal olan maliyet etkin, yüksek TG laminattır (TG = 170 ° C).

Bunları birleştirerek, hibrid PCB'ler Rogers'ın en önemli olduğu yerlerde elektriksel performansını ve TG170'in başka bir yerde karşılanabilirliği - "her iki dünyanın en iyisi" çözümü yaratıyor.

Rogers ve TG170'in Özellikleri: Bir Karşılaştırma
Her bir malzemenin temel özelliklerini anlamak, etkili hibrid PCB'ler tasarlamanın anahtarıdır:

Rogers malzemesinin temel güçlü yönleri
A.LOW Dielektrik Kaybı: DF = 0.0037, 5G mmwave (28-60GHz) ve radar (77GHz) sistemlerinde sinyal zayıflamasını en aza indirir.
B.Stable DK: Empedans kontrolü için kritik olan sıcaklık (-40 ° C ila 85 ° C) ve frekans boyunca tutarlı elektriksel performansı korur.
C.Moisture direnci: nemli ortamlarda güvenilirliği sağlayarak <% 0.1 nemi emer (örn. Dış mekan 5G küçük hücreler).

TG170'in temel güçlü yönleri
A. High TG: Geri dönme sıcaklıklarına (260 ° C) ve 130 ° C'de uzun süreli çalışma, endüstriyel ve otomotiv uygulamaları için uygun hale getirir.
Mekanik sertlik: Çok katmanlı tasarımları (12+ katman) çözmeden destekler, güç ve sinyal katmanlarına sahip karmaşık PCB'ler için idealdir.
C. MOTS verimliliği: 1/5 Rogers'ın maliyeti, kritik olmayan katmanlarda kullanıldığında toplam PCB giderlerini azaltır.

Rogers ve TG170 ile hibrid PCB'lerin avantajları
Hibrit tasarımlar, hiçbir materyalin tek başına sunmadığı avantajların kilidini açtı:
1. dengeli performans ve maliyet
Örnek: 2 sinyal katmanı (RF yolları) için Rogers kullanan 12 katmanlı 5G PCB ve 10 güç/zemin katmanı için TG170, sinyal bütünlüğünün% 92'sini korurken bir All Rogers tasarımından% 35 daha düşüktür.
Kullanım Kılıfı: Telekom ekipmanı üreticileri, 5G baz istasyonlarında hibrid tasarımlara geçerek yıllık 1,2 milyon dolarlık tasarruf bildiriyor.

2. Geliştirilmiş termal yönetimi
Rogers'ın daha yüksek termal iletkenliği (0.6 w/m · K), yüksek güçlü RF amplifikatörlerinden ısıyı dağıtırken, TG170'in sertliği ısı lavaboları için yapısal destek sağlar.
Sonuç: Bir radar modülündeki hibrid bir PCB, bileşen ömrünü 2x genişleterek All-TG170 tasarımından 15 ° C daha soğutucu.

3. Uygulamalar arasında çok yönlülük
Hibrit PCB'ler çeşitli ihtiyaçlara uyum sağlar: Rogers yüksek frekanslı sinyalleri ele alırken, TG170 güç dağıtımını ve mekanik stresi yönetir.
Uygulamalar: 5G Taban İstasyonları Alıcı Vericiler, Otomotiv Radarı, Endüstriyel IoT sensörleri ve uydu iletişim sistemleri.

Hibrit PCB Yığın Upları Tasarlama: En İyi Uygulamalar
Hibrit PCB başarısının anahtarı, stratejik katman yerleştirilmesinde yatmaktadır - malzemeleri amaçlanan işlevlerine eşleştirme.
1. Katman Atama Stratejisi
Rogers katmanları: Yüksek frekanslı sinyal yolları (örn. 28GHz RF izleri) ve kritik empedans kontrollü yollar (50Ω tek uçlu, 100Ω diferansiyel çiftler) için rezerv.
TG170 katmanları: Güç düzlemleri (3.3V, 5V), öğütülmüş düzlemler ve kontrol hatları gibi düşük hızlı sinyaller (≤1GHz) için kullanın.

Örnek 4 katmanlı yığın:

1. üst katman: Rogers (RF sinyali, 28GHz)
2. Katman 1: TG170 (zemin düzlemi)
3. Inner Katman 2: TG170 (güç düzlemi)
4.Bottom Katman: Rogers (diferansiyel çiftler, 10 gbps)

2. Empedans kontrolü
Rogers katmanları: Polar SI8000 gibi araçları kullanarak hedef empedansa (örn. 50Ω) elde etmek için eser boyutları (genişlik, aralık) hesaplayın. Rogers RO4350 (0.2mm dielektrik) üzerinde 50Ω mikroşerit 0.15 mm'lik bir eser genişliği gerektirir.
TG170 katmanları: Düşük hızlı sinyaller için empedans toleransı, tasarımı basitleştirerek ±% 10'a (Rogers katmanları için ±% 5'e karşı ±% 5'e karşı) gevşeyebilir.

3. Termal ve mekanik denge
CTE eşleştirme: Rogers (Z ekseni CTE = 30 ppm/° C) ve TG170 (50-60 ppm/° C) farklı termal genleşme oranlarına sahiptir. Azalın:
Genişleme stresini azaltmak için ince Rogers katmanları (0.2-0.3mm) kullanma.
Aralarında "tampon" katmanları (örn., Cam kumaşla TG170) eklemek.
Bakır Ağırlığı: Geçerli kullanım için TG170 güç katmanlarında 2oz bakır ve kaybı en aza indirmek için Rogers sinyal katmanlarında 1 oz kullanın.

4. Malzeme uyumluluğu
Hazırlık Seçimi: Hem Rogers'a hem de TG170'e iyi bağlanan epoksi tabanlı prepregleri (örn. Isola FR408) kullanın. Rogers'dan delamine edebilecek polyester prepreglerden kaçının.
Yüzey işlemi: Rogers, TG170 katmanlarına yapışmayı iyileştirmek için laminasyondan önce plazma temizliği gerektirir.

Üretim zorlukları ve çözümleri
Hibrit PCB'ler, malzeme farklılıkları nedeniyle benzersiz üretim engelleri sunar, ancak bunlar kontrollü işlemlerle yönetilebilir:
1. Laminasyon bağı
Zorluk: Rogers ve TG170, standart prepreglerle zayıf bir şekilde bağlanır ve delaminasyona yol açar.
Çözüm: Karışık laminasyon için tasarlanmış Modifiye Epoksi Prepregs'i (örn. Rogers 4450F) kullanın. Tam yapışma sağlamak için laminasyon sırasında 300-400 psi basıncı ve 180 ° C sıcaklık uygulayın.

2. Termal Genişleme Uyumsuzluğu
Zorluk: Geri çekilme sırasında diferansiyel genişleme, çarpık veya tabaka ayrılmasına neden olabilir.
Çözüm:
Rogers katmanı kalınlığını toplam PCB kalınlığının ≤% 30'uyla sınırlayın.
Stresi dengelemek için simetrik bir yığın (Rogers ve TG170 katmanlarını yansıtmak) kullanın.

3. Sondaj ve kaplama
Zorluk: Rogers, TG170'den daha yumuşaktır, bu da eşit olmayan sondaj ve kaplama boşluklarına yol açar.
Çözüm:
Yırtılmayı önlemek için Rogers katmanları için elmas kaplamalı matkap bitlerini Rogers katmanları için (standartların% 50'si) azaltılmış (standartların% 50'si) kullanın.
İki adımda plaka vias: Rogers'ı kapatmak için ilk bakır grev (10μm), daha sonra iletkenlik için tam kaplama (25μm).

4. Kalite Kontrolü
İnceleme: Rogers ve TG170 katmanları arasındaki delaminasyonu tespit etmek için ultrasonik test kullanın.
Test: Mekanik stabiliteyi doğrulamak için termal döngüyü (1000 döngü için -40 ° C ila 125 ° C) gerçekleştirin.

Hibrit PCB'lerin uygulamaları
Hibrit PCB'ler hem yüksek frekanslı performans hem de maliyet verimliliği gerektiren uygulamalarda parlıyor:
1. 5g baz istasyonları
İhtiyaç: 28GHz MMWAVE sinyalleri (düşük kayıp) + güç dağılımı (maliyet verimliliği).
Tasarım: RF ön uçlar için Rogers katmanları; DC güç ve kontrol devreleri için TG170.
Sonuç:% 30 maliyet azaltma ve All-Rogers tasarımlarına karşı% 95 sinyal bütünlüğüne sahip.

2. Otomotiv radarı
İhtiyaç: 77GHz radar sinyalleri (kararlı DK) + sağlamlık (yüksek TG).
Tasarım: RADAR Alıcı İzleri için Rogers; TG170 Güç Yönetimi ve Can Bus için.
Sonuç: ISO 26262 güvenilirlik standartlarını karşılarken, malzeme maliyetlerini%25 azaltır.

3. Endüstriyel sensörler
İhtiyaç: 6GHz IoT sinyalleri + fabrika sıcaklıklarına karşı direnç.
Tasarım: Kablosuz iletişim için Rogers; Sensör gücü ve işleme için TG170.
Sonuç: <% 1 sinyal kaybı ile 85 ° C fabrika ortamlarında hayatta kalır.

Hibrid ve Saf Malzeme PCB'leri: Bir performans maliyeti karşılaştırması

SSS
S: Hibrid PCB'ler 60GHz+ frekanslarını işleyebilir mi?
C: Evet, ancak 60GHz yolları için Rogers katmanlarını rezerve edin (örn., DK = 2.2 ile Rogers RT/Duroid 5880) ve destekleme katmanları için TG170 kullanın. 60GHz'de sinyal kaybı, hibrit tasarımlarda ~ 5db/10cm'dir.

S: Rogers ve TG170 arasında nasıl yapışmayı sağlayabilirim?
A: Uyumlu prepregs (örn., Rogers 4450F), plazma-tedavi Rogers yüzeyleri ve laminasyon basıncı (300-400 psi) ve sıcaklık (180 ° C) kontrolü kullanın.

S: Hibrid PCB'ler tasarım için daha karmaşık mı?
C: Dikkatli bir yığın planlaması gerektirirler, ancak modern araçlar (Altium, Cadence) empedans hesaplamalarını ve katman atamasını basitleştirir. Maliyet tasarrufu genellikle ekstra tasarım çabasını haklı çıkarır.

S: Hibrit bir PCB'deki maksimum katman sayısı nedir?
A: Uygun yığın simetrisi ile 20+ katman mümkündür. Telekom 5G PCB'leri genellikle 16 katmanlı hibrid tasarımlar kullanır (4 Rogers, 12 TG170).

S: Hibrid PCB'ler özel test gerektiriyor mu?
C: Evet - Rogers katmanlarındaki empedansı doğrulamak için Delaminasyon ve TDR (zaman alanı yansıtma) için ultrasonik inceleme. Termal Bisiklet Testleri (-40 ° C ila 125 ° C) Mekanik stabiliteyi doğrulayın.

Çözüm
Rogers ve TG170 malzemelerini birleştiren hibrid PCB'ler, kritik olmayan katmanlar için uygun maliyetli TG170'ten yararlanırken, önemli olduğu yüksek frekanslı performans sağlayan akıllı bir uzlaşmayı temsil eder. Malzemeleri stratejik olarak güçlü yönlerine atayarak - sinyal bütünlüğü, mekanik güç ve maliyet için TG170 - mühendisler, aşırı harcama yapmadan 5G, radar ve endüstriyel elektronik taleplerini karşılayan PCB'ler oluşturabilirler.

Başarı, dikkatli bir yığın tasarımı, malzeme uyumluluğu ve kontrollü üretim süreçlerine bağlıdır. Bunlar mevcutken, hibrid PCB'ler, günümüzün en zorlu elektronik sistemlerinde performans, güvenilirlik ve maliyet dengelemek için zorlayıcı bir çözüm sunar.

Yüksek frekanslı uygulamalar büyümeye devam ettikçe, hibrid laminasyon, bütçeyi bozmadan yenilik yapmak isteyen mühendisler için önemli bir strateji olarak kalacaktır.