Quan es personalitzen taulers d'alta freqüència, aconseguir un control d'impedància de ± 5% es reconeix com un procés d'alta gamma a la indústria de PCB i no és un requisit convencional per a les fàbriques de taulers ordinàries per aconseguir una producció massiva estable. La dificultat bàsica rau a comprimir totes les variables que afecten les fluctuacions de la impedància fins a un rang extrem, gairebé sense marge, la qual cosa requereix capacitats de control extremadament altes durant tot el procés.
Posicionament en el sector i dificultat de referència
El nivell de control d'impedància convencional de les fàbriques de PCB ordinàries és només del ± 10%, i poder assolir el ± 8% ja indica un cert nivell de força tecnològica.
La tolerància d'impedància de ± 5% correspon al nivell d'alt rendiment de classe 2/classe 3 de l'estàndard de plaques d'alta freqüència IPC-6018, i el nombre de fàbriques de plaques que poden produir de manera estable aquesta precisió és inferior al 30% de les fàbriques de PCB convencionals.
Aquesta precisió equival al requisit que l'error de velocitat de conducció del vehicle no ha de superar 1 km/h durant tot el procés: no és impossible d'aconseguir, però cada procés de producció ha de ser precís al nivell del micròmetre, i qualsevol petita omissió portarà directament a una impedància que superi l'estàndard.
Dificultats tècniques bàsiques
El valor de la impedància ve determinat per quatre variables principals: constant dielèctrica (Dk), gruix dielèctric, amplada de línia i gruix de coure. Un requisit de tolerància de ± 5% bloqueja gairebé completament l'espai de tolerància de totes les variables
Pel que fa al material, el rang de fluctuació del lot Dk per a la placa FR-4 normal pot arribar al 3% ~ 5%, i el material en si ocupa gairebé tota la tolerància d'impedància. S'han de seleccionar taulers especialitzats d'alta freqüència amb una tolerància Dk controlada entre ± 0,02 ~ 0,05 (com ara les sèries Rogers i Isola) i FR-4 normal no pot complir els requisits.
Control de l'amplada de línia: el procés convencional té un error d'amplada de línia d'uns ± 20 μ m. Per aconseguir una impedància de ± 5%, la tolerància d'amplada de línia s'ha de comprimir a ± 5-10 μ m. Es basa completament en equips d'imatge directe làser LDI per eliminar la desviació de la deformació de la pel·lícula i els processos d'exposició normals no poden complir els requisits de precisió.
Procés de compressió: la fluctuació del flux de la làmina semicurada (PP) canviarà directament el gruix del medi. La desviació del gruix del medi en els processos convencionals és de ± 10% i s'ha de controlar dins d'un ± 3%, en cas contrari, la impedància derivarà directament més enllà del rang.
Esgotament total del marge de l'enllaç: qualsevol lleugera fluctuació en qualsevol de les quatre variables consumirà directament totes les toleràncies, deixant gairebé zero marge d'ajust en etapes posteriors.
Reptes addicionals per a la implementació de la producció en massa
A més de la precisió del procés, la producció massiva estable amb una impedància de ± 5% també requereix superar múltiples llindars implícits:
Augment significatiu dels costos: l'actualització del control d'impedància del ± 10% al ± 5% augmentarà el cost de producció global de PCB entre un 20% i un 100%, i la depreciació de materials d'alta freqüència, equips d'alta precisió i processos d'inspecció complets augmentaran els costos.
La consistència del lot és extremadament difícil de mantenir: moltes fàbriques de cartró poden produir un petit nombre de mostres qualificades, però el segon lot pot derivar fins a ± 8% o més. S'ha d'establir una "targeta de procés de control d'impedància" completa per mesurar el Dk de cada lot de taulers, ajustar dinàmicament els paràmetres de gravat i registrar els paràmetres de premsa tauler per tauler per garantir l'estabilitat entre lots.
El llindar de prova i verificació és alt: s'ha d'equipar un reflectòmetre de domini temporal TDR o fins i tot un analitzador de xarxes vectorials per a una inspecció completa en lloc del mostreig rutinari. La longitud de la tira de prova ha de ser superior o igual a 3 polzades, i l'amplada de la línia de la secció transversal del conductor s'ha de mesurar mitjançant el mètode de secció metal·logràfica per evitar errors trapezoïdals en les mesures òptiques de superfície.
Diferències de dificultat en diferents escenaris
Per a escenaris com les estacions base de comunicació de sub-6GHz i el front-end de RF 5G, ± 5% és la línia de pas per a l'admissió de la indústria, que pertany a la capacitat convencional de gamma alta dels fabricants de plaques d'alta freqüència.
Per als escenaris d'ones mil·limètriques/ultra alta velocitat, com ara un radar d'ones mil·limètriques muntat en vehicles de 77 GHz i mòduls òptics de 800 G, ± 5% ja no és suficient per complir els requisits de rendiment. La indústria generalment requereix un control d'impedància dins del ± 3%, i el ± 5% només es pot considerar aquí com una precisió de nivell d'entrada.