Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Технологии в электронной промышленности" (№4, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.
Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Технологии в электронной промышленности" (№4, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.
6) Встроенные резисторы.
Очень распространенным и все чаще используемым является решение о встраивании отдельных компонентов, таких как резисторы, внутрь платы. Типичным применением является создание делителя Уилкинсона в фазированной антенной системе, где часто два отдельных слоя поддерживают разделительную сеть каждый. Встраивание уменьшает общий размер устройства. Раньше использовались отдельные чип резисторы и это до сих пор имеет смысл, если рассеивание мощности каждого резистора больше, чем 200 мВт, или общий допуск должен быть в очень жестких пределах. В других случаях наиболее выгодно использовать печатные резисторы, которые размещаются как часть слоя, и это особенно выгодно, когда требуются десятки и сотни компонентов.
Teledyne Labtech предлагает следующие опции:
a) Дискретные чип-резисторы припаянные на месте
b) Дискретные чип-резисторы, присоединенные с помощью проводимой адгезии (Ag эпоксид)
c) Ohmega-Ply® или Ticer®печатные резисторы из фольги
d) Дискретные резисторы с использованием фольги Ohmega-Ply или Ticer
Рис. 12. Дискретный встроенный чип резистор (слева) и печатный резистор со слишком маленькой площадью поверхности (справа).
Если дискретные встроенные резисторы должны быть установлены с помощью припоя, необходимо, чтобы температура ликвидуса припоя была на > 40°C выше, чем температура соединения соединительной пленки/препрега. Дискретные чип-резисторы обычно требуются только в том случае, когда требуется допуск значений сопротивления более +/-10% и рассеивание мощности более 0,2Вт, хотя это зависит от площади элемента сопротивления. Для 50 Ом на квадрат Ohmega-Ply мощность против площади контакта резистора[3] (А в мм2) составляет
мВт=173 х А0,35
Широко используются печатные резисторы с использованием фольги Ohmega-Ply или Ticer, где обычные допуски +/-10% могут быть получены с высокой надежностью при использовании материала 50 Ом/кв. С финансовой точки зрения очень выгодно использовать печатные резисторы, когда на схеме есть много элементов сопротивления. Однако этого стоит избегать при маленьких геометриях, то есть не меньше 0,2х0,2 мм для 50 Ом/кв, чтобы производственные допуски не оказывали значительного влияния на окончательные значения сопротивления. Для минимизации РЧ потерь предпочтительно использовать фольгу Ohmega-Ply или Ticer для дискретных резисторов, чтобы избежать присутствия резистивного слоя под проводниками, проводящими РЧ сигналы. Пример встроенного чип резистора показан на Рис.13 (i), а печатного встроенного резистора с использованием Ohmega-Ply на (ii).
[3] Источник: Ohmega Technologies. Inc.
Рис. 13: Встроенный чип резистор (i), и печатный резистор (ii)
7) Поверхностные покрытия
Поверхностное покрытие проводников очень важно на РЧ схеме и может напрямую влиять на производительность. Это зависит от того, какие сигнальные дорожки есть на внешних поверхностях печатной платы. Полосковые линии передачи могут иметь только маленькие площадки интерфейса на поверхности, поэтому стандартное для отрасли покрытие ENiG (Иммерсионное золочение по подслою никеля) приемлемо, но там, где сигнальные дорожки находятся на поверхности ENiG обычно потери слишком велики, особенно, если длина дорожек превышает несколько миллиметров.
Большинство доступных поверхностных покрытий хуже проводимы, чем медь, поэтому увеличивают потери проводника. Иммерсионное серебро, однако, не оказывает какого-либо вредного влияния на производительность, хотя оно очень чувствительно к обработке и его сложно ремонтировать. Потери из-за ENiG увеличиваются с ростом частоты и уменьшением толщины субстрата. Паяная маска не должна применяться на РЧ сигнальных дорожках, так как это увеличивает потери, а если это необходимо, то она должна быть ограничена до небольших «плотин» для контроля потока припоя.
Иммерсионное золочение по подслою никеля и палладия (ENEPiG) дает немного меньше потерь, чем ENiG, и предпочтительнее для К-диапазона и более высоких частот, особенно там, где требуются и поверхностный монтаж, и соединение золотыми проводами. Во всех этих трех случаях ENiG, Иммерсионное серебро и ENEPiG представляют собой процессы иммерсионного (ионного обмена), которые покрывают все поверхности открытых проводников, включая края дорожек, поэтому их применение достаточно прямолинейно и дает единую толщину. С точки зрения затрат, иммерсионное серебро самое недорогое, ENEPiG самое дорогое, что определяется наличием палладия.
Рис. 14: Паяное соединение на слишком толстом слое золота, что может привести к хрупкости припоя.
Чистое мягкое золото от 3 до 5 мкм толщиной часто требуется тогда, когда необходимо выполнить проводное соединение обычно по слою никеля от 1 до 3 мкм. Если также требуется и пайка, то золото покрывается выборочно в местах соединения проводов от 3 до 5 мкм, а остальные дорожки остаются менее 1 мкм, чтобы избежать проблем с хрупкостью с паяными соединениями. Обычно этот тип покрытия применяют до травления дорожек, так как это гальванический процесс, и он требует подключения всех компонентов, поэтому края дорожек будут иметь открытую медь на готовых схемах. Рис.15 показывает классический поперечный разрез золота на никеле через медь на дорожках на субстрате с высоким Dk. Такое покрытие дороже, чем иммерсионные процессы.
Если требуются контактные площадки для краевых разъемов или подпружиненных контактов, твердое золото может быть выборочно покрыто никелем под слоем, чтобы обеспечить более прочную поверхность.
Рис. 15: Типичный поперечный разрез золота на никеле на медной дорожке на субстрате с высоким Dk. Заметьте, что такой субстрат типичен для материалов с высоким Dk, где базовый материал, такой как PTFE, имеет частицы материалов, таких как окись алюминия, которые задерживаются внутри него для повышения общего диэлектрического коэффициента.
Заключение
Много ловушек и трудностей встречаются на пути проектировщика сверхвысокочастотных плат, и мы рассмотрели только некоторые из них. Хотя за последние годы инструменты моделирования схем значительно продвинулись, они, как правило, не учитывают всех практических аспектов, связанных с успешным созданием печатной платы от концепции до физического воплощения. Мы проанализировали каждый этап производства платы, начиная с выбора базового материала и дальнейшего создания сборки. Многие вопросы, связанные с выбором материала, то, как они реагируют в течение разных этапов обработки – физические и химические аспекты – что оказывает влияние на производительность готового продукта, затраты на его производство или его последующую надежность. Многие вопросы из крайности «черное-белое» или «правильно-неправильно» нашли свое компромиссное решение, а тесное сотрудничество между проектировщиком и производителем может помочь найти правильный баланс.
О компании Teledyne Labtech
Teledyne Labtech специализируется на проектах, бросающим вызов традиционным подходам, имеет широкий опыт в разработке больших и сложных микроволновыми схемами для устройств различных применений – от коммерческих развлекательных антенн до ультра высокопроизводительных военных T/R модулей. Мы является экспертами в тех случаях, когда размер/вес и мощность являются критическими параметрами, в том числе, когда ключевым вопросом является управление температурным режимом. Наш опыт более 30 лет позволяет нам предлагать практические советы для реализации вашего проекта в производство с минимальными потерями. Для большей информации обратитесь: www.teledynedefenseelectronics.com/labtech/
Об авторах
Джон Прайди (John Priday) - главный технический директор Teledyne Labtech, разработал микроэлектронную сборку Labtech (микросхемы и провода) и курирует все службы микроволнового тестирования. Он начал свою карьеру в Marconi Radar, прежде чем переехать в исследовательский центр Marconi в Грейт-Баддо.
Джое Лиф (John Leafe) - менеджер CAM Labtech и руководитель группы по внедрению нового продукта; в свободное время он любит участвовать в спортивных мероприятиях, а его последнее увлечение - бег по горам.
Приложение 1: Common Microwave Materials
В таблице приведены некоторые распространенные примеры микроволновых материалов для ПП, приведенные в порядке возрастания диэлектрической постоянной Dk.
[1] меняется в зависимости от толщины
[2] Толщины над медью
[3] Толщины над диэлектриком
[4] Требует обработки на основе растворителя
[5] Тестировалось при 3 ГГц
[6] Значения, измеренные при 10 ГГц
[7] Значения при 1 МГц
[8] Тестировано при 1.90 ГГц
Источник: rfglobalnet.com
Приложение 1: Common Microwave Materials
