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Produkt-Beschreibung

 

Dieser Artikel präsentiert eine detaillierte Designstrategie für eine 6-lagige Hybrid-Leiterplatte, die die überlegene Hochfrequenzleistung von Rogers RO3003™ mit der ausgezeichneten thermischen Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz von Isola 370HR FR-4 kombiniert. Diese Hybridkonstruktion ist ideal für anspruchsvolle RF/Mikrowellenanwendungen, die kontrollierte Impedanz, vergrabene Durchkontaktierungen und zuverlässiges Wärmemanagement in einem kompakten Formfaktor erfordern.

 

Durch die Integration von RO3003 als Hochfrequenzmaterial und 370HR als Verbindungsschichten/Prepreg-Schichten erzielt dieses Design ein optimales Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung, mechanischer Robustheit und Herstellbarkeit für kleine bis mittelgroße RF-Module.

 

 

Rogers RO3003™ Hochfrequenzlaminat

RO3003™ ist ein keramikgefülltes PTFE-Verbundlaminat aus der RO3000®-Serie von Rogers Corporation, das für kommerzielle Mikrowellen- und HF-Anwendungen entwickelt wurde. Dieses Material bietet außergewöhnliche elektrische und mechanische Stabilität zu wettbewerbsfähigen Preisen.

 

Hauptmerkmale:

1. Geringe dielektrische Verluste – kann in Anwendungen bis zu 77 GHz verwendet werden
2. Stabile Dielektrizitätskonstante über Temperatur und Frequenz – ideal für Bandpassfilter, Mikrostreifen-Patch-Antennen und spannungsgesteuerte Oszillatoren
3. Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften über Temperatur – zuverlässige Streifenleitungs- und Mehrlagenplattenkonstruktionen
4. Geringer In-Plane-Ausdehnungskoeffizient (an Kupfer angepasst) – ermöglicht zuverlässigere oberflächenmontierte Baugruppen und ausgezeichnete Dimensionsstabilität
5. Volumenfertigungsprozess – wirtschaftliche Laminatpreise

 

Wichtige Spezifikationen (RO3003):

Eigenschaft	Typischer Wert	Einheit	Testbedingung
Dielektrizitätskonstante (Dk)	3,00 ± 0,04	—	10 GHz / 23°C
Verlustfaktor (Df)	0,001	—	10 GHz / 23°C
TCDk	-3	ppm/°C	-50 bis 150°C / 10 GHz
CTE – X-Achse	17	ppm/°C	-55 bis 288°C
CTE – Y-Achse	16	ppm/°C	-55 bis 288°C
CTE – Z-Achse	25	ppm/°C	-55 bis 288°C
Thermische Leitfähigkeit	0,5	W/(m·K)	50°C
Feuchtigkeitsaufnahme	0,04	%	D48/50
Dichte	2,1	g/cm³	23°C
Entflammbarkeit	V-0	—	UL 94
Bleifreier Prozesskompatibel	Ja	—	—

 

 

Isola 370HR Hochleistungs-FR-4

370HR ist ein Hochleistungs-FR-4-System mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 180°C, das für Mehrlagen-Leiterplattenanwendungen (PWB) entwickelt wurde, bei denen maximale thermische Leistung und Zuverlässigkeit erforderlich sind. 370HR-Laminat- und Prepreg-Produkte werden mit einem einzigartigen Hochleistungs-Multifunktions-Epoxidharz hergestellt, das mit Glasgewebe in Elektrikerqualität (E-Glas) verstärkt ist.

 

Hauptmerkmale:

1. Hohe thermische Leistung: Tg 180°C (DSC); Td 340°C (TGA @ 5% Gewichtsverlust)
2. Geringe CTE für Zuverlässigkeit: T260: 60 Minuten; T288: 30 Minuten
3. RoHS-konform
4. UV-Blockierung und AOI-Fluoreszenz – maximale Kompatibilität mit automatisierten optischen Inspektionssystemen (AOI)
5. CAF-beständig
6. Überlegene Verarbeitung – am nächsten an der konventionellen FR-4-Verarbeitung
7. Nachweislich die beste Leistung für sequentielle Laminierungsdesigns

 

 

Wichtige Spezifikationen (370HR):

Eigenschaft	Typischer Wert	Einheit	Prüfmethode
Glasübergangstemperatur (Tg)	180	°C	IPC-TM-650 (DSC)
Zersetzungstemperatur (Td)	340	°C	ASTM D3850
T260	60	Minuten	ASTM D3850
T288	30	Minuten	ASTM D3850
CTE – Z-Achse (Pre-Tg)	45	ppm/°C	—
CTE – X,Y-Achsen (Pre-Tg)	13/14	ppm/°C	—
Z-Achsen-Ausdehnung (50–260°C)	2,8	%	—
Thermische Leitfähigkeit	0,4	W/m·K	—
Dk bei 1 GHz	4,17	—	IPC-TM-650 2.5.5.9
Df bei 1 GHz	0,0161	—	IPC-TM-650 2.5.5.9
Feuchtigkeitsaufnahme	0,15	%	—
Entflammbarkeit	V-0	Bewertung	UL 94

 

 

Designstrategie: Leistungsvorteile des Hybrid-Stackups

 

Argument 1: Ausgleich von HF-Leistung und Kosten

RO3003 bietet eine niedrige Dielektrizitätskonstante (Dk 3,00) und einen extrem niedrigen Verlustfaktor (Df 0,0010 bei 10 GHz), was es ideal für die HF- und Mikrowellen-Signalübertragung macht und gleichzeitig die Einfügungsdämpfung bei hohen Frequenzen minimiert. Die 5-mil-dünne dielektrische Schicht ermöglicht eine präzise Steuerung der differentiellen und symmetrischen Impedanz.

 

370HR ist ein Hoch-Tg, hitzebeständiges Prepreg, das eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Delamination bietet und mehrere SMT-Reflow-Zyklen übersteht. Dies adressiert die schlechte thermische Stabilität und die hohen Kosten, die mit Platten aus rein keramischen Materialien verbunden sind.

 

Logik der Hybridkonstruktion:

 

HF-Signallagen: Verwenden Sie RO3003 für kritische Hochfrequenz-Signallagen (L1, L3, L6), um geringe Verluste und stabile Dk beizubehalten.

 

Verbindungsschichten: Verwenden Sie 370HR-Prepreg zum Verbinden der RO3003-Kerne, was eine zuverlässige mechanische Verbindung und thermische Stabilität bietet.

 

Innere Lagen: Verwenden Sie 370HR für Strom-/Masseflächen und digitale Signalrouten, um seine Kosteneffizienz und FR-4-Prozesskompatibilität zu nutzen.

 

Kostenbetrachtung: Hybrid-Stackups platzieren Rogers auf den HF-Signallagen und FR-4 auf digitalen/Stromlagen, was die Kosten um 40–60 % im Vergleich zu reinen Rogers-Konstruktionen reduziert und gleichzeitig die HF-Leistung beibehält. Die Verbindungsschicht (370HR-Prepreg) muss für eine kompatible Dk und Verarbeitungstemperatur ausgewählt werden.

 

 

Argument 2: Prozesskontrolle für 0,82 mm dicke 6-lagige Hybrid-Leiterplatten

 

Dickenkontrolle

Eine präzise Kontrolle der Gesamtdicke der Leiterplatte (0,82 mm) wird durch die spezifische Kombination aus 5-mil-Keramikdielektrikum und 5-mil-370HR-Prepreg (PP) erreicht, die strengen Dicken-Toleranzstandards entspricht.

 

Stackup-Design:

 

Hinweis: Die genauen Prepreg-Dicken werden optimiert, um die angestrebte Enddicke von 0,82 mm zu erreichen.

 

Management von CTE-Fehlanpassungen

Angesichts des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen RO3003 und 370HR werden spezielle mehrstufige Laminierungsheizprofile und Strategien zur Vermeidung von Delamination eingesetzt.

 

CTE-Vergleich:

 

RO3003: X/Y = 17/16 ppm/°C, Z = 25 ppm/°C

 

370HR: X/Y = 13/14 ppm/°C (Pre-Tg), Z = 45 ppm/°C (Pre-Tg)

 

Die CTE-Fehlanpassung in Z-Richtung ist signifikant (RO3003: 25 ppm/°C vs. 370HR: 45 ppm/°C). Um dies zu bewältigen, sollte der Laminierungsprozess Folgendes verwenden:

 

Langsame Anstiegsraten im kritischen Tg-Bereich (150–200°C)

 

Verlängerte Verweilzeit bei Spitzentemperatur zur Spannungsrelaxation

 

Kontrolliertes Abkühlen zur Vermeidung von Verzug

 

 

Behebung von Defekten bei dünnen 6-lagigen Platten

Mögliche Defekte bei dünnen 6-lagigen Platten sind Laminierungsfehlausrichtung und Verzug. Ursachenanalyse und Korrekturmaßnahmen umfassen:

Defekt	Ursache	Korrekturmaßnahme
Laminierungsfehlausrichtung	Ungleichmäßiger Druck, CTE-Fehlanpassung	Präzisionswerkzeugstifte, optimierter Presszyklus
Verzug	Asymmetrischer Stackup, CTE-Fehlanpassung	Symmetrische Konstruktion, ausgewogene Kupferverteilung
Delamination	Unzureichender Prepreg-Fluss, Kontamination	Richtige Prepreg-Auswahl, kontrollierte Umgebung
Via-Barrel-Rissbildung	CTE-Fehlanpassung in Z-Richtung	Resin-gefüllte Vias, optimierte Bohrparameter

 

 

Vergrabene Durchkontaktierungen (Lagen 1–2)

Vergrabene Durchkontaktierungen (L1–L2) reduzieren Via-Stub-Effekte und verbessern die Hochfrequenzleistung, indem unnötige Via-Längen eliminiert werden.

 

Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität bei Designs mit hoher Lagenanzahl.

 

Implementierung: Sequentielle Laminierung ist erforderlich. Der erste Laminierungsschritt verbindet L1–L2 (RO3003-Kern), gefolgt vom zweiten Laminierungsschritt zum Verbinden der restlichen Lagen.

 

 

Leitfähige Kupferpasten-Vias (0,15 mm)

Die 0,15-mm-Vias sind mit leitfähiger Kupferpaste gefüllt. Diese Technologie beinhaltet das Füllen der Durchgangslöcher mit einer Via-Paste, die Cu-Partikel und eine härtbare Harzkomponente enthält.

 

Vorteile von leitfähigen Pasten-Vias:

1. Kleinerer Via-Durchmesser: Ermöglicht Vias bis zu 0,15 mm, erhöht die Routing-Dichte
2. Eliminierung von Fanout: Vias können direkt durch Kontaktpads gebohrt werden, wodurch die Signallänge und die Ausbreitungsverzögerung reduziert werden
3. Kostengünstig: Vermeidet Galvanik zum Füllen der Vias, reduziert Verarbeitungsschritte
4. Zuverlässige Verbindung: Cu-Partikel bilden unter Druck eine ebene Kontaktfläche und erzeugen niederohmige Verbindungen

 

 

Verarbeitungsüberlegungen:

1. Die Via-Paste wird aufgetragen, um die Durchgangslöcher vollständig zu füllen
2. Schutzfolien werden entfernt, um Erhebungen zu erzeugen
3. Kompressionsbonding wird bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur der Lötpartikel durchgeführt
4. Die Cu-Partikel verformen sich in ebener Kontaktfläche miteinander und bilden eine verbundene Einheit für die elektrische Verbindung

 

 

Details zur Leiterplattenkonstruktion

Parameter	Spezifikation
Basismaterial (Hochfrequenzlagen)	Rogers RO3003 (5 mil)
Verbindungsmaterial (Prepreg)	Isola 370HR (5 mil)
Anzahl der Lagen	6
Fertige Platinengröße	83 mm × 42 mm (1 Stück)
Fertige Plattendicke	0,82 mm
Kupfergewicht der äußeren Lage	1 oz (35 μm)
Kupfergewicht der inneren Lage	0,5 oz (18 μm)
Oberflächenveredelung	ENIG (Chemisch Nickel Immersion Gold)
Oberer Lötstopplack	Blau
Unterer Lötstopplack	Blau
Oberer Siebdruck	Weiß
Unterer Siebdruck	Weiß
Vergrabene Durchkontaktierungen	L1–L2
Via-Plugging	0,15-mm-Vias, leitfähige Kupferpaste
Elektrische Prüfung	100 % vor Versand
Akzeptierter Qualitätsstandard	IPC-Klasse-2
Artwork-Format	Gerber RS-274-X
Globale Verfügbarkeit	Weltweiter Versand

 

 

Zusammenfassung der Merkmale und Vorteile

Merkmal	Vorteil
Hybrid RO3003 + 370HR Konstruktion	Optimiert Hochfrequenzleistung und Kosteneffizienz
6-lagiges Design	Unterstützt komplexe HF/Mikrowellen-Schaltungen mit Strom-/Masseflächen
5-mil RO3003 Kern	Präzise Impedanzkontrolle für 50Ω und differentielle Signale
370HR Prepreg (Tg 180°C)	Hohe thermische Zuverlässigkeit, mehrfach reflowfähig
Vergrabene Durchkontaktierungen (L1–L2)	Reduziert Stub-Effekte, verbessert die Signalintegrität
Leitfähige Kupferpasten-Vias	Ermöglicht 0,15-mm-Mikro-Vias, erhöht die Routing-Dichte
ENIG-Oberflächenveredelung	Flach, lötbar, bondfähig und korrosionsbeständig
Blauer Lötstopplack / Weißer Siebdruck	Umfassender Schutz mit klarer Bauteilidentifikation
0,82 mm Fertigdicke	Optimiert für kompakte RF-Moduldesigns
100 % elektrische Prüfung	Garantierte Qualität und Leistung
IPC-Klasse-2	Erfüllt branchenübliche Qualitätsanforderungen

 

 

Typische Anwendungen

Diese 6-lagige Hybrid-Leiterplatte ist ideal für eine Vielzahl von Hochleistungsanwendungen:

1. HF/Mikrowellen-Module: Phased-Array-Antennen, Beamforming-Netzwerke und Transceiver-Module.
2. Automobilradar: 24-GHz- und 77-GHz-Radarmodule für ADAS.
3. 5G/6G-Infrastruktur: Massive MIMO-Antennen und mmWave-Basisstationen.
4. Satellitenkommunikation: Satellitenausrüstung im Weltraum und am Boden.
5. Test- und Messgeräte: Vektornetzwerkanalysatoren und Hochfrequenz-Testaufbauten.
6. Kleine bis mittelgroße RF-Module: Kostensensitive Anwendungen, die Hochfrequenzleistung erfordern.

 

 

Schlussfolgerung

Als spezialisierter Anbieter von kundenspezifischen Hochfrequenz-Leiterplatten kombinieren wir die bewährte Leistung von Rogers RO3003 (geringe Verluste, stabile Dk, ausgezeichnete Dimensionsstabilität) und Isola 370HR (hohe Tg, ausgezeichnete thermische Zuverlässigkeit, beste sequentielle Laminierung) mit unseren Präzisionsfertigungskapazitäten, um erstklassige Hybrid-Leiterplattenlösungen zu liefern.

 

Das 6-lagige Hybridangebot nutzt die verlustarme Hochfrequenzleistung von RO3003 und die thermische Zuverlässigkeit und Verarbeitungsvorteile von 370HR voll aus und integriert gleichzeitig fortschrittliche Funktionen wie vergrabene Durchkontaktierungen (L1–L2) und leitfähige Kupferpaste Vias (0,15 mm), um eine optimale Signalintegrität und Zuverlässigkeit in einem kompakten 0,82-mm-Formfaktor zu gewährleisten.

 

Ob Sie Automotive-Radarmodule, Phased-Array-Antennen oder 5G-mmWave-Infrastruktur entwickeln, unser Ingenieurteam steht bereit, Ihr Projekt zu unterstützen. Für technische Beratung, Muster oder Großaufträge kontaktieren Sie uns noch heute.