Wenn ein Kunde mit einer Hochfrequenzanwendung auf uns zukommt, beginnt das Gespräch selten mit dem Preis. Es beginnt mit dem Material. In RF- und Mikrowellendesigns ist das Substrat kein passiver Träger – es ist Teil der Schaltung. Deshalb war die Wahl von Rogers TMM10 bereits getroffen, als dieses spezielle Projekt auf unserem Schreibtisch landete. Die eigentliche Frage war, ob wir es genau nach Spezifikation bauen konnten.

Dies ist die Geschichte, wie wir eine 2-lagige, 5,1 mm dicke TMM10-Leiterplatte für eine Hochfrequenzanwendung hergestellt haben – und was sie so herausfordernd machte.

Die Anforderung des Kunden

Der Kunde benötigte eine doppelseitige Leiterplatte auf Rogers TMM10, einem duroplastischen Mikrowellenmaterial. Die Dicke der fertigen Platine wurde mit 5,1 mm angegeben, mit einer engen Maßtoleranz von ±0,15 mm über eine kompakte Fläche von 63,9 mm × 48 mm.

Was dieses Projekt ungewöhnlich machte, war nicht nur das Material, sondern auch die Oberfläche. Die Platine erforderte auf beiden Seiten keine Lötstoppmaske und keinen Siebdruck. Für ein Hochfrequenzdesign ist dies keine kostensparende Entscheidung – es ist eine Leistungsentscheidung. Die Lötstoppmaske führt eine dielektrische Schicht ein, die die Impedanz verschieben und die Abstimmung beeinträchtigen kann. Ihre Entfernung bedeutet, dass die Kupferoberfläche makellos sein muss, da nichts zum Verbergen da ist.

Die Anwendung? Hochfrequenz-RF-Arbeiten, in der gleichen Familie wie Satellitenkommunikationssysteme, GPS und Patch-Antennen sowie Chip-Tester.

Die technischen Herausforderungen

Eine 5,1 mm dicke Platine ist kein Standard. Die meisten doppelseitigen Leiterplatten werden in Bruchteilen eines Millimeters gemessen. Bei dieser Dicke werden mehrere Dinge gleichzeitig schwierig.

Erstens, der Aufbau. Die Platine wurde als 2-lagige starre Leiterplatte aufgebaut:

• Kupferschicht 1: 35 µm (1oz)

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

• Kupferschicht 2: 35 µm (1oz)

Dieser 5,08 mm dicke Kern ist die Quelle sowohl für die mechanische Steifigkeit der Platine als auch für ihre Herstellungsschwierigkeit.

Zweitens, das Bohren. Bei einer minimalen Lochgröße von 0,25 mm und einer Plattendicke von 5,1 mm ist das Seitenverhältnis hoch. Tiefe, schmale Löcher erfordern präzise Bohrparameter und saubere Via-Wände. Wir verwendeten 13 Durchgangsbohrungen, alle mit einer Dicke von 20 µm beschichtet, ohne Sacklöcher. Jede Verbindung musste zuverlässig sein.

Drittens, die feinen Strukturen. Die minimale Leiterbahnbreite und der minimale Abstand betrugen 4/7 mils. Auf einem dicken, keramikgefüllten duroplastischen Material ist eine gleichmäßige Ätzung über das gesamte Panel nicht trivial. TMM10 ist mechanisch stabil, aber sein Verarbeitungsfenster ist enger als bei Standard-FR-4.

Viertens, die Oberfläche. Ohne Lötstoppmaske und Siebdruck musste die Oberflächenbeschaffenheit perfekt sein. Wir spezifizierten ENIG (chemisch vernickelt, chemisch vergoldet) – eine flache, oxidationsbeständige Oberfläche, die sowohl das Löten als auch das Drahtbonden unterstützt. ENIG ist eine Premium-Wahl, und für diese Platine war es die richtige.

Eine Sache spielte uns in die Hände: TMM10 erfordert keine Natriumnaphthalin-Behandlung vor der chemischen Beschichtung. Das eliminierte einen gefährlichen und zeitaufwändigen Schritt, der bei PTFE-basierten Materialien üblich ist.

Wie wir sie gebaut haben

Jedes Projekt beginnt mit den Gerber-Daten. In diesem Fall lieferte der Kunde die Grafiken im Gerber RS-274-X-Format, dem Industriestandard. Von dort aus gingen wir zur Fertigung über.

Der Aufbau war auf dem Papier einfach, aber in der Ausführung anspruchsvoll. Ein einzelner 5,08 mm TMM10-Kern, der auf beiden Seiten mit 1oz Kupfer laminiert wurde, ergab eine fertige Dicke von 5,1 mm. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials ist an Kupfer angepasst, was zur Aufrechterhaltung der Maßhaltigkeit bei thermischer Belastung beiträgt – wichtig für eine Anwendung, die Temperaturschwankungen erfahren kann.

Als nächstes kam das Bohren. Bei 13 Vias mit einem Mindestdurchmesser von 0,25 mm kontrollierten wir Tiefe, Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl, um Harzschmierung zu vermeiden und saubere Löcher zu gewährleisten. Die Beschichtung brachte die Via-Wände auf 20 µm und sorgte für solide elektrische Verbindungen zwischen den beiden Kupferschichten.

Die Schaltung selbst war einfach in der Netzanzahl – nur 2 Netze – aber dicht an Pads. Die Platine trägt 26 Komponenten, 38 Pads insgesamt, 21 Durchgangs-Pads und 17 SMT-Pads auf der Oberseite. Es gibt keine SMT-Pads auf der Unterseite. Das Layout ist ein Hybrid aus Durchgangsbohrungen und Oberflächenmontage, was in RF-Test- und Antennenanwendungen üblich ist, wo eine Mischung aus Steckertypen und Abstimmkomponenten erforderlich ist.

Die Strukturierung der 4/7 mil Leiterbahnen erforderte eine sorgfältige Kontrolle von Belichtung und Ätzung. Bei einem so dicken Material kann eine ungleichmäßige Kupferverteilung zu Ätzinkonsistenzen führen. Wir passten den Prozess an, um die Leiterbahn-Treue über das gesamte Panel aufrechtzuerhalten.

Schließlich ENIG. Ohne Lötstoppmaske zum Schutz des Kupfers musste die Nickel-Gold-Abscheidung gleichmäßig und fehlerfrei sein. Hier besteht eine solche Platine entweder oder sie fällt durch – es gibt keine kosmetische Abdeckung.

Qualitätsprüfung

Vor dem Versand wurde jede Platine einer 100% elektrischen Prüfung unterzogen. Dies ist für uns Standardpraxis, aber bei einem Projekt wie diesem, bei dem der Kunde keine visuellen Mängel an der Lötstoppmaske oder Fehler im Siebdruck feststellen kann, ist es umso wichtiger. Der elektrische Test bestätigt Durchgang, Isolation und Netzintegrität.

Die Platine wurde nach IPC-Klasse-2-Standards hergestellt – dem Maßstab für dedizierte Service-Elektronik. Sie ist zuverlässig und langlebig, gebaut für den realen Betrieb und nicht für Laborvorführungen.

Das Ergebnis

Die fertige Platine maß 63,9 mm × 48 mm, innerhalb einer Toleranz von ±0,15 mm. Sie trug 26 Komponenten auf 38 Pads, verbunden durch 13 Vias, mit einem fertigen Kupfergewicht von 1oz (1,4 mils) auf den äußeren Schichten.

Wichtiger noch, sie erfüllte die elektrischen und mechanischen Anforderungen einer Hochfrequenzanwendung. Die Kombination der elektrischen Eigenschaften von TMM10 – eine Dielektrizitätskonstante von 9,20 und ein Verlustfaktor von 0,0022 bei 10 GHz – mit einer starren 5,1 mm Konstruktion macht diese Platine geeignet für Anwendungen, bei denen Signalintegrität und physikalische Stabilität gleichermaßen nicht verhandelbar sind.

Warum TMM10?

Für Leser, die mit dem Material nicht vertraut sind, ist TMM10 eine nähere Betrachtung wert. Es ist ein duroplastisches Mikrowellenmaterial, das die elektrischen Vorteile von PTFE mit den mechanischen Vorteilen von keramikgefüllten Substraten kombiniert. Es widersteht Kriechen und Kaltfluss. Es hält Prozesschemikalien stand. Es erfordert keine Natriumnaphthalin-Behandlung. Und da es auf einem duroplastischen Harz basiert, unterstützt es zuverlässiges Drahtbonden.

Seine typischen Anwendungen umfassen Chip-Tester, dielektrische Polarisatoren, Satellitenkommunikationssysteme und GPS- oder Patch-Antennen – genau die Art von Hochfrequenzumgebungen, für die diese Platine gebaut wurde.

Abschließende Gedanken

Eine 5,1 mm dicke TMM10-Platine ohne Lötstoppmaske und Siebdruck ist kein Routinebau. Sie erfordert das richtige Materialwissen, die richtige Prozesskontrolle und die Bereitschaft, ohne Sicherheitsnetz zu arbeiten.

Wenn Sie an einem Hochfrequenzdesign arbeiten und einen Hersteller benötigen, der Materialien wie TMM10 versteht, sprechen wir gerne mit Ihnen. Egal, ob Ihre Platine 0,5 mm oder 5,1 mm dick ist, das Gespräch beginnt auf die gleiche Weise: mit Ihren Anforderungen.

Kontaktieren Sie uns, um Ihr nächstes Hochfrequenz-Leiterplattenprojekt zu besprechen.