Vysokofrekvenčná doska Rogers{0}} je v priemysle PCB známa ako „vysoko bohatý fešák“ - dosky rovnakej veľkosti majú 5 až 25-krát vyššiu cenu ako bežné FR-4. Nejde len o „prémiu za značku“, ale o výsledok viacerých nákladov, ako sú materiály, procesy, vybavenie, výnos a testovanie.
Vysokofrekvenčná doska Rogers-nie je jednoduchá kombinácia epoxidovej živice a sklenenej tkaniny, ale systém špeciálneho zloženia:
PTFE (polytetrafluóretylén) substrát (séria RO3000, séria RT/duroid):
Cena surovín čistej živice PTFE je asi 200 - 350 juanov / kg, čo je niekoľkonásobne viac ako cena epoxidovej živice
Chemická inertnosť je extrémne silná, známa ako "plastový kráľ", ale náročnosť spracovania je tiež extrémne vysoká
Df (faktor straty) môže byť až 0,0009 (pri 10 GHz), čo je jedna z najnižších úrovní v odvetví
Uhlíková vodíková živica + keramická výplň (séria RO4000, ako napríklad RO4350B):
Keramické plnivá určujú dielektrickú konštantu - oxidu hlinitého (Al ₂ O3), nitridu hliníka (AlN), titaničitanu strontnatého atď.
Čím vyšší je pomer keramickej výplne, tým je Dk stabilnejší, ale o to náročnejšie a nákladnejšie je spracovanie
V porovnaní s čistým PTFE má lepšiu spracovateľnosť a môže používať procesy podobné ako FR-4 s vynikajúcou nákladovou efektívnosťou
Základné technické bariéry: tolerancia dielektrickej konštanty kontrolovaná v rozmedzí ± 0,05 (séria RO4000), séria PTFE dokonca ± 0,02. To znamená, že zloženie materiálu, rovnomernosť miešania a proces spekania musia byť vykonané do extrému a každá malá odchýlka bude mať za následok vyradenie celej dávky.
Štandardný proces bežného FR-4 sa presúva na vysokofrekvenčnú dosku a takmer každý krok je potrebné aktualizovať a upraviť:
1. Vŕtanie: Vrtáky sú spotrebný materiál
Obyčajný FR-4: Postačí obyčajný vrták z tvrdej zliatiny s nízkymi nákladmi
Vysokofrekvenčná doska (vrátane keramickej výplne): Keramické častice majú vysokú tvrdosť a bežné vrtáky sa veľmi rýchlo opotrebúvajú
Je potrebné použiť vrtáky s diamantovým povlakom a cena za vrták je niekoľkonásobne vyššia ako cena bežných vrtákov
Rýchlosť otáčania 30 000 ~ 40 000 ot./min., rýchlosť posuvu 5 ~ 8 mm/min (bežný posuv FR-4 je rýchlejší)
Náklady na vŕtanie sa zvyšujú o 20 % až 100 %
PTFE substrát: Materiál je mäkký a má silnú húževnatosť. Vŕtanie je náchylné na otrepy a vyžaduje sa, aby drsnosť steny otvoru bola Ra menšia alebo rovná 1,5 μm
Je potrebné použiť hliníkovú kryciu dosku, aby sa predišlo prehriatiu a ochladzovaniu vzduchom, aby sa predišlo deformácii pri vysokých-teplotách
Drsnosť steny otvoru je riadená pri Ra Menšom alebo rovnajúcom sa 1,2 μm a tolerancia otvoru je ± 0,01 mm
2. Pokovovanie dier (nanášanie medi): dodatočná „aktivačná“ bariéra
Materiál PTFE má mimoriadne silnú chemickú inertnosť a konvenčný povlak z procesu nanášania medi sa vôbec nemôže prilepiť - odlupovanie povlaku na stene otvoru je jedným z hlavných dôvodov vysokofrekvenčného šrotu dosiek-.
Riešenie:
Ošetrenie plazmou: použitie plazmy na bombardovanie steny pórov, zdrsnenie povrchu a zvýšenie aktivity.
Vyžaduje sa špeciálne zariadenie na spracovanie plazmy s jedným zariadením v rozsahu od desiatok tisíc až po milióny
Zvýšenie času procesu o približne 2-4 hodiny zvyšuje náklady o 30% až 60%
Ošetrenie roztokom naftalénu sodného (tradičný proces): Silná korozívnosť, vysoký tlak prostredia, postupne nahradená plazmou.
3. Vrstvenie: vrstva po vrstve napení len pár stupňov Celzia
Tekutosť živice a koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) vysoko-frekvenčnej dosky sa značne líšia od FR-4 a priame použitie bežných kompresných parametrov nevyhnutne narazí na problémy:
Viacvrstvová doska z materiálu s plnou frekvenciou: náklady na kompresiu sa zvyšujú o 40% ~ 80%
Vysokofrekvenčné + hybridné stohovanie FR-4 (zmiešaná kompresia): zvýšenie nákladov o 60 % ~ 120 %
Rôzne materiály majú významné rozdiely v CTE, asynchrónnej tepelnej rozťažnosti a kontrakcii a vo vysokom vnútornom napätí
Musí sa prijať schéma segmentovaného gradientu ohrevu a tlakovania a je potrebné špeciálne upraviť teplotnú krivku a parametre tlaku.
Ako príklad uvedieme RO4350B: teplota laminovania je 185 ± 5 stupňov, tlak je 35 ± 5 kg/cm² a doba izolácie je 90 ± 10 s. Ak nie je regulácia teploty a tlaku presná, môžu sa vyskytnúť problémy ako nedostatočné spojenie medzivrstvy, penenie vrstvy, nerovnomerná hrúbka strednej vrstvy a deformácia dosky.