Cuando un cliente se acerca a nosotros con una aplicación de alta frecuencia, la conversación rara vez comienza con el precio. Comienza con el material. En los diseños de RF y microondas, el sustrato no es un portador pasivo: es parte del circuito. Por eso, cuando este proyecto en particular llegó a nuestro escritorio, la elección del Rogers TMM10 ya estaba hecha. La verdadera pregunta era si podríamos construirlo exactamente según las especificaciones.

Esta es la historia de cómo fabricamos una PCB TMM10 de 2 capas y 5,1 mm de espesor para una aplicación de alta frecuencia y qué la convirtió en un desafío.

El requisito del cliente

El cliente necesitaba una PCB de doble cara construida con Rogers TMM10, un material termoestable para microondas. El espesor del tablero terminado se especificó en5,1mm, con una estrecha tolerancia dimensional de±0,15 mma través de un compacto63,9 mm × 48 mmdescribir.

Lo que hizo que este proyecto fuera inusual no fue sólo el material, sino también el acabado. La junta requiriósin máscara de soldadura ni serigrafíaa cada lado. Para un diseño de alta frecuencia, esta no es una decisión de ahorro de costos, sino una decisión de rendimiento. La máscara de soldadura introduce una capa dieléctrica que puede cambiar la impedancia e interferir con la sintonización. Quitarlo significa que la superficie de cobre debe estar impecable, porque no hay nada detrás que esconder.

¿La aplicación? Trabajo de RF de alta frecuencia, de la misma familia que los sistemas de comunicación por satélite, GPS y antenas de parche, y probadores de chips.

Los desafíos de la ingeniería

Un tablero de 5,1 mm de espesor no es estándar. La mayoría de los PCB de doble cara se miden en fracciones de milímetro. Con este espesor, varias cosas se vuelven difíciles a la vez.

Primero, la acumulación.La placa se construyó como una PCB rígida de 2 capas:

• Capa de cobre 1: 35 μm (1 oz)

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

• Capa de cobre 2: 35 μm (1 oz)

Ese núcleo de 5,08 mm es la fuente tanto de la rigidez mecánica de la placa como de su dificultad de fabricación.

En segundo lugar, la perforación.Con un tamaño mínimo de agujero de0,25 mmy un grosor de tablero de 5,1 mm, la relación de aspecto es alta. Los agujeros profundos y estrechos exigen parámetros de perforación precisos y paredes limpias. Usamos13 vías de orificio pasante, todo ello chapado con un espesor de20 µm, sin vías ciegas. Cada conexión tenía que ser fiable.

En tercer lugar, las buenas características.El mínimo rastro y espacio fue4/7 milésimas. En un material termoestable grueso relleno de cerámica, lograr un grabado consistente en todo el panel no es trivial. TMM10 es mecánicamente estable, pero su ventana de procesamiento es más estrecha que la estándarFR-4.

Cuarto, el final.Sin máscara de soldadura ni serigrafía, el acabado de la superficie tenía que ser perfecto. Nosotros especificamosENIG (Oro por inmersión en níquel no electrolítico)—un acabado plano resistente a la oxidación que admite tanto soldadura como unión de cables. ENIG es una opción premium y, para esta placa, era la correcta.

Una cosa funcionó a nuestro favor: TMM10 no requiere tratamiento con naftalato de sodio antes del recubrimiento no electrolítico. Esto eliminó un paso peligroso y lento que es común con los materiales a base de PTFE.

Cómo lo construimos

Cada proyecto comienza con los datos de Gerber. En este caso, el cliente suministró obras de arte enGerberRS-274-Xformato, el estándar de la industria. A partir de ahí, pasamos a la fabricación.

La acumulación fue sencilla sobre el papel pero exigente en la ejecución. Un único núcleo TMM10 de 5,08 mm, laminado con 1 oz de cobre en ambos lados, produjo un espesor final de 5,1 mm. El coeficiente de expansión térmica del material coincide con el cobre, lo que ayuda a mantener la estabilidad dimensional a través del ciclo térmico, importante para una aplicación que puede experimentar variaciones de temperatura.

Luego vino la perforación. Con 13 vías con un diámetro mínimo de 0,25 mm, controlamos la profundidad, la velocidad de avance y la velocidad del husillo para evitar manchas de resina y garantizar orificios limpios. El revestimiento llevó las paredes de la vía a 20 μm, proporcionando conexiones eléctricas sólidas entre las dos capas de cobre.

El circuito en sí era simple en términos netos: sólo2 redes—pero denso en almohadillas. el tablero lleva26 componentes,38 almohadillas en total,21 almohadillas con orificios pasantes, y17 almohadillas SMT en la parte superior. No hay almohadillas SMT en la parte inferior. El diseño es un híbrido de montaje en superficie y orificio pasante, lo cual es común en aplicaciones de antena y prueba de RF donde se requiere una combinación de tipos de conectores y componentes de sintonización.

El modelado de las trazas de 4/7 mil requirió un control cuidadoso de la exposición y el grabado. En un material, esta distribución gruesa y desigual del cobre puede causar inconsistencias en el grabado. Ajustamos el proceso para mantener la fidelidad del seguimiento en todo el panel.

Finalmente, ENIG. Sin una máscara de soldadura para proteger el cobre, la deposición de níquel-oro tenía que ser uniforme y libre de defectos. Aquí es donde una junta como ésta aprueba o fracasa: no hay ningún encubrimiento cosmético.

Verificación de calidad

Antes del envío, cada tabla se sometióPruebas 100% eléctricas.. Esta es una práctica estándar para nosotros, pero es más importante en un proyecto como este, donde el cliente no puede inspeccionar visualmente defectos en la máscara de soldadura o errores de serigrafía. La prueba eléctrica confirma la continuidad, el aislamiento y la integridad de la red.

El tablero fue fabricado paraIPC-Clase-2Estándares: el punto de referencia para la electrónica de servicio dedicada. Es confiable y duradero, construido para operación en el mundo real en lugar de demostración en laboratorio.

El resultado

El tablero terminado midió 63,9 mm × 48 mm, con una tolerancia de ±0,15 mm. Llevaba 26 componentes en 38 almohadillas, conectadas por 13 vías, con un peso de cobre acabado de 1 oz (1,4 mils) en las capas exteriores.

Más importante aún, cumplió con los requisitos eléctricos y mecánicos de una aplicación de alta frecuencia. La combinación de las propiedades eléctricas de TMM10 (una constante dieléctrica de 9,20 y un factor de disipación de 0,0022 a 10 GHz) con una construcción rígida de 5,1 mm hace que esta placa sea adecuada para aplicaciones donde la integridad de la señal y la estabilidad física no son negociables.

¿Por qué TMM10?

Para los lectores que no estén familiarizados con el material, vale la pena comprender TMM10. Es un material termoestable para microondas que combina los beneficios eléctricos del PTFE con las ventajas mecánicas de los sustratos rellenos de cerámica. Resiste la fluencia y el flujo en frío. Resiste productos químicos de proceso. No requiere tratamiento con naftalato de sodio. Y debido a que está basado en una resina termoestable, admite una unión de cables confiable.

Sus aplicaciones típicas incluyen probadores de chips, polarizadores dieléctricos, sistemas de comunicación por satélite y antenas GPS o de parche, exactamente el tipo de entornos de alta frecuencia para los que se construyó esta placa.

Pensamientos finales

Una placa TMM10 de 5,1 mm de espesor sin máscara de soldadura y sin serigrafía no es una construcción rutinaria. Requiere el conocimiento adecuado de los materiales, el control adecuado del proceso y la voluntad de trabajar sin una red de seguridad.

Si está trabajando en un diseño de alta frecuencia y necesita un fabricante que entienda materiales como TMM10, estaremos encantados de hablar. Ya sea que su placa tenga un grosor de 0,5 mm o 5,1 mm, la conversación comienza de la misma manera: con sus requisitos.

Contáctenos para discutir su próximo proyecto de PCB de alta frecuencia.