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您的混合PCB疊層有多可靠？
您的混合PCB疊層有多可靠？
PCB疊層通常包含可能造成可靠性問題的稍微不同的材料。混合 PCB是PCB疊層將包括不同材料的一種情況，通常是標準 FR4 層壓板和用于射頻PCB的PTFE層壓板。
在進行了一些挖掘之后，我決定寫這篇文章，并討論在使用不同材料設計高質量PCB疊層時所面臨的一些可靠性挑戰。想要在設計混合疊層時帶頭選擇材料的設計人員應該考慮這些影響可靠性的因素。與任何PCB疊層一樣，請確保您的制造商及早參與制造過程，以確保在生產過程中不會出現可靠性問題。
混合PCB疊層的風險
如果您不熟悉混合PCB堆疊的基礎知識，包括此類層堆疊結構在信號完整性方面可能提供的好處，鏈接文章中詳細介紹了使用混合疊層進行RF PCB布局規劃所涉及的基本思想。我們經常關注射頻系統的混合PCB疊層，但它們確實可以用于任何低損耗層提供一些好處的系統，包括高速數字系統。
考慮到這一點，在某些工藝中使用混合PCB疊層的一些特性會產生潛在風險。需要注意的一些特征包括：
由于厚度差異，疊層可能略微不對稱
PTFE 材料的孔壁制備與FR4材料的孔壁制備不同
不同的層壓板可能有不同的CTE值，特別是當我們比較PTFE和FR4材料時
由于材料的機械強度不同，所需的鉆孔速度會有所不同
看看下面的示例疊加。這是我喜歡在高頻PCB設計課程中展示的混合堆疊示例之一。
混合 PCB疊層示例。
這是該設計最好用于僅在一層上支持RF路由的一個實例。此外，內層是 Iteq 層壓板，底層厚度與頂層厚度匹配，因此疊層是對稱的。與標準6層PCB堆疊的唯一其他偏差是在L2/L3和L4/L5之間使用堆疊電介質而不是核心。這是因為RO4835材料是核心材料。
其他混合PCB疊層可能無法實現相同的對稱類型的疊層，但無論如何您都應該以此為目標。在上述疊層和其他混合PCB疊層中，我們存在以下一些可靠性風險：
孔壁電鍍一致性
用于混合PCB疊層的PTFE層將在電鍍前使用等離子蝕刻去除鉆孔。該工藝可以在FR4材料上具有更高的蝕刻速率，這可能會產生不平整的表面?？妆趯⑿枰蟮腻儗雍穸葋硌a償。在較大的通孔中允許高達 2 倍的鍍層厚度是合適的，以確保沿孔壁進行一致的鍍銅。
孔壁鍍層不足可能是混合PCB疊層中不希望出現的缺陷。
分層
造成分層風險的主要因素不是層間粘合強度，而是CTE值。CTE差異導致一種材料比另一種材料膨脹得更快，在板被加熱到高溫時在層之間產生。在極端偏移期間（即熱沖擊或反復極端循環），疊層中可能會發生一些分層。
變形和翹曲
根據Isola的說法，制造包含PTFE的混合PCB疊層的最大挑戰是熱循環（回流和/或加壓）期間的永久變形，即使這不會導致分層。這是與FR4材料相比，PTFE的CTE值較高的另一個副作用（z 軸差異約為 2 倍）。由于制造過程中的工藝溫度可能達到250攝氏度，FR4 部分將在PTFE部分之前升至其 Tg 值以上，但PTFE材料層仍會表現出顯著的體積偏移，可能導致永久變形。
盡早與您的制造商合作
對于不同的材料對，這些因素的突出程度可能會有所不同，隨著越來越多的設備開始將低損耗材料與標準 FR4 材料結合起來，這仍然是一個開放的研究領域。與許多超越簡單 FR4 疊層的設計一樣，盡早與制造廠合作有助于確保成功。如果您計劃使用混合 PCB疊層，您應該確保您的制造商過去有處理這些設計的經驗。盡早聯系他們以評估他們的經驗并獲得他們的建議是確保他們知道如何應對這些可靠性挑戰的最佳途徑。
我與制造商合作設計混合疊層的策略是從我以前使用過的材料開始。我通常使用 Rogers 材料進行此操作，但您可以與其他人一起使用。然后，我將向工廠發送建議的疊層，看看他們是否能達到我的目標層布置。然后，他們將發回他們可以在所需的層數和包含所需混合結構的介電/阻抗數據下執行的結構。從那里，我可以創建布局和布線設計所需的阻抗設計規則。