현대 전자 시스템은 종종 실망스러운 딜레마에 직면합니다. 고주파 성능을 선택합니까, 아니면 비용 효율적인 제조에 만족합니까? 하이브리드 PCB 기술은 점점 더 답을 제시하고 있습니다: 둘 다. 이 기사에서는 단일 설계에서 Rogers RO4003C 고주파 라미네이트와 S1000-2M FR-4 재료를 결합하여 정확하게 이러한 균형을 달성하는 8층 하이브리드 보드를 살펴봅니다.

하이브리드 접근 방식: 중요한 곳에 재료 배치

상단 및 하단 레이어는 탁월한 고주파 성능을 제공하는 Rogers Corporation의 탄화수소 세라믹 라미네이트인 0.203mm RO4003C를 사용합니다. 10GHz에서 3.38의 유전 상수(Dk)와 0.0027의 초저 유전 상수(Df)를 갖춘 RO4003C는 RF 신호가 최소한의 손실로 전달되도록 보장합니다. 온도와 주파수 전반에 걸쳐 안정적인 유전 상수를 제공하므로 5G 및 레이더와 같은 광대역 애플리케이션에 이상적입니다.

RO4003C가 특히 매력적인 이유는 가공성입니다. 나트륨 에칭과 같은 특수한 준비가 필요한 PTFE 기반 재료와 달리 RO4003C는 표준 FR-4 처리 장비와 호환됩니다. 제조업체는 값비싼 전문 생산 라인에 투자하지 않고도 고주파 성능을 달성할 수 있습니다.

중간 레이어는 무연 조립용으로 제작된 고성능 FR-4 소재인 S1000-2M을 사용합니다. 유리 전이 온도(Tg)가 약 170°C이므로 무연 공정의 더 높은 납땜 온도를 견딜 수 있습니다. 낮은 Z축 CTE는 열 순환 중에 안정적인 스루홀 비아를 보장하는 동시에 탁월한 내습성으로 CAF 오류 위험을 줄여줍니다.

이러한 분할된 접근 방식은 고주파 재료를 전체 라미네이트 면적의 약 25%로 제한하여 약 60%의 재료 비용으로 전체 고주파 보드 성능의 약 90%를 달성합니다.

블라인드 비아: 정의 및 사용 이유

비아는 PCB 레이어 사이에 전기적 연결을 제공하는 도금된 구멍입니다. 스루홀 비아는 상단 표면에서 하단까지 드릴링되어 전체 보드 두께를 관통합니다. 블라인드 비아는 다릅니다. 막다른 골목이 도시 블록을 완전히 통과하지 못하는 것처럼 블라인드 비아는 보드 전체를 관통하지 않고 외부 레이어와 내부 레이어를 연결합니다. 이 설계에서는 블라인드 비아가 L1-L2와 L7-L8을 연결하며 각각 인접한 두 레이어에만 걸쳐 있습니다.

블라인드 비아를 사용하는 이유는 무엇입니까? 첫째, 라우팅 밀도가 향상됩니다. 스루홀 비아는 8개 레이어 모두의 라우팅 채널을 차지합니다. 블라인드 비아는 연결된 2개의 레이어만 차단하여 중단 없는 라우팅을 위해 나머지 6개 레이어를 확보합니다. 둘째, 신호 무결성을 최적화합니다. 블라인드 비아는 배럴이 더 짧아서(스루홀의 경우 1.6mm에 비해 0.203mm에 불과) 더 나은 고주파 성능을 위해 기생 커패시턴스와 인덕턴스를 줄입니다.

블라인드 비아는 레이저 드릴링 또는 제어된 깊이의 기계적 드릴링을 사용하여 제작됩니다. RO4003C의 세라믹 필러는 마모성이 있으므로 다이아몬드 코팅 드릴 비트가 필요합니다. 깊이 허용 오차는 매우 중요합니다(일반적으로 ±50μm). 너무 얕으면 연결이 열려집니다. 너무 깊게 들어가면 인접한 층에 침투할 수 있습니다.

수지 충전 비아: 정의 및 사용 이유

수지 충전 비아는 구리 도금 후 에폭시 수지로 채우고 경화한 후 평평하게 접지하고 구리 캡으로 도금한 비아입니다. 이 디자인은 0.2mm, 0.25mm, 0.35mm의 세 가지 직경의 수지 충전 비아를 사용합니다.

레진 충전의 주요 이유는 비아 인 패드(via-in-pad)를 활성화하여 부품 솔더 패드 내에 직접 비아를 배치하는 것입니다. 수지 충전이 없으면 용융된 솔더가 리플로우 솔더링 중 모세관 현상에 의해 열린 비아 배럴을 아래로 흡수하여 패드를 고갈시키고 조인트를 불안정하게 만듭니다. 충전 및 캡핑 후 패드 표면은 평평하고 연속적이 되어 최적의 비아 배치를 허용하는 동시에 안정적인 납땜을 보장합니다.

수지 충전은 또한 신뢰성 이점을 제공합니다. 채워지지 않은 비아에는 에어 포켓이 포함되어 있습니다. 260°C 이상에서 납땜하는 동안 갇힌 수분이 기화하고 팽창하여 도금 배럴이 파손될 수 있습니다. 이러한 현상을 "팝코닝"이라고 합니다. 수지 충전은 이러한 위험을 완전히 제거합니다.

공정상의 문제는 직경이 다르면 수지 제형과 경화 프로필도 달라야 한다는 것입니다. 비아가 클수록 경화 중에 더 많은 수축이 발생합니다. 진공 압력, 수지 점도 및 경화 램프 속도는 각 직경에 맞게 최적화되어야 합니다.

스택업, 표면 마감 및 제조 과제

1.6mm 마감 두께는 273mm × 185mm 패널의 강성과 커넥터 호환성의 균형을 유지합니다. 외부 레이어는 1oz 구리를 사용합니다. 내부 레이어에는 0.5oz/1oz 차동 구리가 사용되어 미세한 선 에칭을 위해 신호 레이어가 더 얇고 DC 저항을 낮추기 위해 전원/접지면이 더 두꺼워집니다. ENIG 표면 마감은 미세 피치 부품을 위한 평평하고 내산화성이며 납땜 가능한 표면을 제공합니다.

하이브리드 보드는 제조상의 어려움을 안겨줍니다. ~190°C에서 적층하는 동안 RO4003C와 S1000-2M 사이의 CTE 불일치로 인해 변형이 발생할 수 있습니다. 완화 조치에는 분할된 가열 프로필, 사전 베이킹 및 제어된 냉각이 포함됩니다. 세라믹 충전 재료를 사용한 블라인드 비아 드릴링에는 빈번한 공구 교체가 필요합니다. 세 가지 직경에 걸쳐 수지를 채우려면 모든 비아에서 기포를 제거하기 위해 균형 잡힌 매개변수가 필요합니다.

결론

이 8레이어 하이브리드 보드는 고주파 성능과 비용 효율적인 제조가 상호 배타적이지 않음을 보여줍니다. 외부 신호 레이어에 RO4003C를 배치하고 디지털 코어에 S1000-2M을 사용함으로써 이 설계는 컴팩트한 1.6mm 설치 공간 내에서 RF 및 디지털 통합을 달성합니다. 블라인드 비아는 고주파수 경로에 필요한 라우팅 밀도를 제공합니다. 수지로 채워진 비아는 패드 내 비아 설계를 가능하게 하고 팝코닝을 제거합니다. 5G, 자동차 레이더 또는 항공우주 전자 분야에서 작업하는 엔지니어에게 이 하이브리드 접근 방식은 강력한 발전 경로를 제공합니다.