При персонализиране на високочестотни платки, постигането на контрол на импеданса от ± 5% се признава като водораздел от висок клас процеси в индустрията на печатни платки и не е конвенционално изискване за фабриките за обикновени платки за постигане на стабилно масово производство. Основната трудност се състои в компресирането на всички променливи, които влияят на колебанията на импеданса, до екстремни граници без почти никакъв марж, което изисква изключително високи възможности за контрол през целия процес.
Позициониране в индустрията и трудност при сравнение
Конвенционалното ниво на контрол на импеданса на обикновените фабрики за печатни платки е само ± 10%, а възможността да се постигне ± 8% вече показва определено ниво на технологична сила.
Толерансът на импеданса от ± 5% съответства на нивото на висока производителност клас 2/клас 3 на стандарта за високочестотни платки IPC-6018, а броят на фабриките за платки, които могат стабилно да произвеждат тази прецизност, е по-малко от 30% от заводите за конвенционални печатни платки.
Тази точност е еквивалентна на изискването грешката в скоростта на движение на превозното средство да не надвишава 1 км/ч по време на целия процес: не е невъзможно да се постигне, но всеки производствен процес трябва да бъде прецизен до микрометърно ниво и всеки малък пропуск директно ще доведе до превишаване на импеданса от стандарта.
Основни технически трудности
Стойността на импеданса се определя от четири основни променливи: диелектрична константа (Dk), дебелина на диелектрика, ширина на линията и дебелина на медта. Изискване за толеранс от ± 5% почти напълно се заключва в пространството на толеранс на всички променливи
От страна на материала диапазонът на колебание на Dk партида за обикновена FR-4 платка може да достигне 3%~5%, а самият материал почти заема целия толеранс на импеданса. Трябва да се изберат високочестотни специализирани платки с Dk толеранс, контролиран в рамките на ± 0,02~0,05 (като серия Rogers и Isola), а обикновените FR-4 изобщо не могат да отговорят на изискванията.
Контрол на ширината на линията: Конвенционалният процес има грешка в ширината на линията от около ± 20 μm. За да се постигне ± 5% импеданс, толерансът на ширината на линията трябва да бъде компресиран до ± 5-10 μm. Той изцяло разчита на LDI лазерно оборудване за директно изобразяване, за да елиминира отклонението от деформация на филма, а обикновените процеси на експониране не могат да отговорят на изискванията за точност.
Процес на компресиране: Флуктуацията на потока на полувтвърдения лист (PP) ще промени директно дебелината на средата. Отклонението на дебелината на средата при конвенционалните процеси е ± 10% и трябва да се контролира в рамките на ± 3%, в противен случай импедансът ще се отклони директно извън диапазона.
Пълно изчерпване на маржа на връзката: Всяко леко колебание в която и да е от четирите променливи директно ще изразходва всички допустими отклонения, оставяйки почти нулево място за корекция в следващите етапи.
Допълнителни предизвикателства за внедряване на масово производство
В допълнение към точността на процеса, стабилното масово производство с ± 5% импеданс също изисква преминаване през множество имплицитни прагове:
Значително увеличение на разходите: Надграждането от ± 10% до ± 5% контрол на импеданса ще увеличи общите производствени разходи за печатни платки с 20% до 100%, а амортизацията на високочестотните материали, високопрецизното оборудване и процесите на пълна инспекция ще повишат разходите.
Консистенцията на партидите е изключително трудна за поддържане: много фабрики за плочи могат да произведат малък брой квалифицирани проби, но втората партида може да се отклони до ± 8% или повече. Трябва да се създаде пълна „процесорна карта за контрол на импеданса“ за измерване на Dk на всяка партида платки, динамично регулиране на параметрите на ецване и записване на параметрите на пресоване платка по платка, за да се осигури стабилност между партидите.
Прагът за тестване и проверка е висок: TDR рефлектометър във времева област или дори векторен мрежов анализатор трябва да бъде оборудван за пълна проверка вместо рутинно вземане на проби. Дължината на тестовата лента трябва да бъде по-голяма или равна на 3 инча, а ширината на линията на напречното сечение на проводника трябва да бъде измерена чрез металографски метод на разделяне, за да се избегнат трапецовидни грешки при повърхностни оптични измервания.
Разлики в трудностите в различните сценарии
За сценарии като комуникационни базови станции под 6 GHz и 5G RF преден край, ± 5% е границата за допускане в индустрията, която принадлежи към конвенционалните възможности от висок клас на производителите на високочестотни платки.
За сценарии с милиметрови вълни/свръхвисока скорост, като 77GHz радар с милиметрови вълни и 800G оптични модули, монтиран на превозно средство, ± 5% вече не е достатъчно, за да отговори на изискванията за производителност. Индустрията обикновено изисква контрол на импеданса в рамките на ± 3%, а ± 5% може да се счита само за начална точност тук.