ブラインドビア（レイヤー1-2）と導電性銅ペースト（0.15mm）で埋め込まれた6層RO3003+370HRハイブリッドPCB

製品の説明

 

この記事では、優れた高周波性能を持つ「Rogers RO3003™」と、優れた熱信頼性とコスト効率を持つ「Isola 370HR」FR-4を組み合わせた6層ハイブリッドPCBの詳細な設計戦略について説明します。このハイブリッド構造は、制御インピーダンス、ブラインドビア、およびコンパクトなフォームファクタでの信頼性の高い熱管理を必要とする要求の厳しいRF/マイクロ波アプリケーションに最適です。RO3003を高周波材料として、370HRをボンディング/プリプレグ層として統合することで、この設計は、小型から中型のRFモジュールに対して、電気的性能、機械的堅牢性、および製造性の最適なバランスを実現します。Rogers RO3003™ 高周波ラミネート RO3003™は、Rogers CorporationのRO3000®シリーズのセラミック充填PTFE複合ラミネートで、商用マイクロ波およびRFアプリケーション向けに設計されています。この材料は、競争力のある価格で優れた電気的および機械的安定性を提供します。主な特徴:

 

低誘電損失 – 77 GHzまでのアプリケーションで使用可能

 

 

温度および周波数に対する誘電率の安定性 – バンドパスフィルター、マイクロストリップパッチアンテナ、電圧制御発振器に最適

温度に対する優れた機械的特性 – 信頼性の高いストリップラインおよび多層基板構造

 

UVブロッキングおよびAOI蛍光 – 自動光学検査（AOI）システムとの互換性が最大

1. 量産プロセス – 経済的なラミネート価格
2. 主な仕様（RO3003）:
3. 特性
4. 代表値
5. 単位

 

試験条件

ガラス転移温度（Tg）	180	℃	10 GHz / 23℃
損失正接（Df）	0.001	UL 94	-50～150℃ / 10 GHz
TCDk	-3	UL 94	-50～150℃ / 10 GHz
CTE – X軸	17	%	-55～288℃
CTE – Y軸	16	%	50℃
CTE – Z軸	25	%	50℃
熱伝導率	0.5	%	50℃
Dk @ 1 GHz	0.04	%	D48/50
難燃性	2.1	定格	23℃
難燃性	V-0	—	UL 94
設計戦略: ハイブリッドスタックアップの性能上の利点	議論1: RF性能とコストのバランス	UL 94	370HRは、高Tgで耐熱性の高いプリプレグであり、剥離に対する優れた耐性を提供し、複数のSMTリフローサイクルに耐えます。これは、セラミックベースの材料のみで作られた基板に関連する低い熱安定性と高いコストの問題に対処します。
Isola 370HR 高性能FR-4	370HRは、最高の熱性能と信頼性が要求される多層プリント配線板（PWB）アプリケーション向けに設計された、高性能180℃ガラス転移温度（Tg）FR-4システムです。370HRラミネートおよびプリプレグ製品は、電気グレード（Eガラス）ガラス布で強化された独自の高性能多官能エポキシ樹脂を使用して製造されています。	UL 94	UL 94

 

 

信頼性のための低いCTE: T260: 60分; T288: 30分

RoHS準拠

 

UVブロッキングおよびAOI蛍光 – 自動光学検査（AOI）システムとの互換性が最大

1. CAF耐性
2. 優れた加工性 – 従来のFR-4加工に最も近い
3. シーケンシャルラミネート設計で実証済みのクラス最高
4. 主な仕様（370HR）:
5. 特性
6. 代表値
7. 単位

 

 

試験方法

ガラス転移温度（Tg）	180	℃	IPC-TM-650 (DSC)
分解温度（Td）	340	分	ASTM D3850
T260	60	分	—
T288	30	ppm/℃	—
CTE – Z軸（プリTg）	45	ppm/℃	—
CTE – X,Y軸（プリTg）	13/14	%	UL 94
Z軸膨張（50～260℃）	2.8	%	UL 94
熱伝導率	0.4	定格	UL 94
Dk @ 1 GHz	4.17	—	UL 94
Df @ 1 GHz	0.0161	UL 94	—
吸湿率	0.15	UL 94	—
難燃性	V-0	定格	UL 94
設計戦略: ハイブリッドスタックアップの性能上の利点	議論1: RF性能とコストのバランス	RO3003は、低い誘電率（Dk 3.00）と超低損失正接（10 GHzでDf 0.0010）を提供し、RFおよびマイクロ波信号伝送に最適であり、高周波挿入損失を最小限に抑えます。5ミルの薄い誘電体層により、差動およびシングルエンドインピーダンスの精密な制御が可能になります。	370HRは、高Tgで耐熱性の高いプリプレグであり、剥離に対する優れた耐性を提供し、複数のSMTリフローサイクルに耐えます。これは、セラミックベースの材料のみで作られた基板に関連する低い熱安定性と高いコストの問題に対処します。

 

 

ハイブリッド構造のロジック:

 

RF信号層:

低損失と安定したDkを維持するために、重要な高周波信号層（L1、L3、L6）にRO3003を使用します。

 

ボンディング層:

 

RO3003コアをボンディングするために370HRプリプレグを使用し、信頼性の高い機械的接続と熱安定性を提供します。

 

内部層: コスト効率とFR-4プロセス互換性を活用して、電源/グランドプレーンおよびデジタル信号ルーティングに370HRを使用します。

 

コスト考慮事項: ハイブリッドスタックアップでは、RF信号層にRogers、デジタル/電源層にFR-4を使用し、RF性能を維持しながら、すべてRogersの構造と比較してコストを40～60％削減します。ボンディング層（370HRプリプレグ）は、互換性のあるDkと加工温度で選択する必要があります。

 

議論2: 0.82mm厚6層ハイブリッドPCBのプロセス制御厚さ制御

 

正確なボード全体の厚さ（0.82mm）は、5ミルのセラミック誘電体と5ミルの370HRプリプレグ（PP）の特定の組み合わせによって達成され、厳格な厚さ公差基準に準拠しています。スタックアップ設計:

 

 

注: 正確なプリプレグ厚は、目標の最終厚0.82 mmを達成するために最適化されています。

 

CTEミスマッチ管理

RO3003と370HRの熱膨張係数（CTE）の違いを考慮して、特殊な多段階ラミネート加熱プロファイルとアンチデラミネーションプロセス戦略が採用されています。

 

CTE比較:

 

RO3003: X/Y = 17/16 ppm/℃、Z = 25 ppm/℃

 

370HR: X/Y = 13/14 ppm/℃（プリTg）、Z = 45 ppm/℃（プリTg）

Z軸CTEのミスマッチは大きいです（RO3003: 25 ppm/℃ vs. 370HR: 45 ppm/℃）。これを管理するために、ラミネートプロセスでは以下を使用する必要があります:

 

重要なTg領域（150～200℃）でのゆっくりとしたランプレート

 

応力緩和を可能にするためのピーク温度での保持時間の延長

 

反りを防ぐための冷却制御

 

薄型6層基板の欠陥への対応

 

薄型6層基板の潜在的な欠陥には、ラミネートのずれや反りがあります。根本原因分析と是正措置には以下が含まれます:

 

欠陥

 

根本原因

 

 

是正措置

ラミネートのずれ

不均一な圧力、CTEミスマッチ	精密工具ピン、最適化されたプレスサイクル	反り
非対称スタックアップ、CTEミスマッチ	対称構造、バランスの取れた銅分布	剥離
プリプレグフロー不足、汚染	適切なプリプレグ選択、管理された環境	ビアバレルクラック
Z軸CTEミスマッチ	樹脂充填ビア、最適化されたドリルパラメータ	ブラインドビア（層1～2）
ブラインドビア（L1～L2）は、ビアスタブ効果を低減し、不要なビア長を排除することで高周波性能を向上させます。	これは、高層数設計における信号整合性を維持するために重要です。	実装: シーケンシャルラミネートが必要です。最初のラミネートステップでL1～L2（RO3003コア）をボンディングし、次に2番目のラミネートステップで残りの層をボンディングします。

 

 

導電性銅ペーストビア（0.15mm）

0.15mmのビアは導電性銅ペーストでプラグされています。この技術は、銅粒子と硬化性樹脂成分を含むビアペーストでスルーホールを充填することを含みます。

 

導電性ペーストビアの利点:

 

より小さなビア径: 0.15mmのビアが可能になり、ルーティング密度が増加します

 

 

ファンアウトの排除: ビアはコンタクトパッドを直接貫通してドリルでき、信号長と伝播遅延を短縮します

コスト効率: ビア充填のための電気めっきを回避し、加工ステップを削減します

 

信頼性の高い相互接続: 銅粒子は圧縮下で平面接触を形成し、低抵抗の接続を作成します

1. 加工上の考慮事項:
2. ビアペーストは、スルーホールを完全に充填するために塗布されます
3. 保護フィルムが除去され、突起が作成されます
4. 圧縮ボンディングは、はんだ粒子の共晶温度以下の温度で行われます

 

 

銅粒子は互いに平面接触して変形し、電気接続のための接合ユニットを形成します

1. PCB構造の詳細
2. パラメータ
3. 仕様
4. ベース材料（高周波層）

 

 

Rogers RO3003（5 mil）

ボンディング材料（プリプレグ）	Isola 370HR（5 mil）
層数	6
完成基板サイズ	83 mm × 42 mm（1枚）
完成基板厚さ	0.82 mm
外層銅箔重量	1 oz（35 µm）
内層銅箔重量	0.5 oz（18 µm）
表面処理	ENIG（無電解ニッケル浸漬金）
上面ソルダマスク	青
下面ソルダマスク	青
上面シルクスクリーン	白
下面シルクスクリーン	白
ブラインドビア	0.15mmビア、導電性銅ペースト
ビアプラグ	0.15mmビア、導電性銅ペースト
電気試験	出荷前100%
許容品質基準	IPC-クラス-2
アートワークフォーマット	Gerber RS-274-X
グローバルな入手可能性	RF/マイクロ波モジュール: 位相配列アンテナ、ビームフォーミングネットワーク、トランシーバーモジュール。
機能と利点の概要	機能
利点	ハイブリッドRO3003 + 370HR構造

 

 

高周波性能とコスト効率を最適化

6層設計	電源/グランドプレーンを備えた複雑なRF/マイクロ波回路をサポート
5mil RO3003コア	50Ωおよび差動信号の正確なインピーダンス制御
370HRプリプレグ（Tg 180℃）	高い熱信頼性、複数回のリフローに対応
ブラインドビア（L1～L2）	スタブ効果を低減し、信号整合性を向上
導電性銅ペーストビア	0.15mmマイクロビアを可能にし、ルーティング密度を増加
ENIG表面処理	平坦で、はんだ付け可能、ワイヤボンディング可能、耐腐食性
青色ソルダマスク/白色シルクスクリーン	包括的な保護と明確な部品識別
0.82mm完成厚さ	コンパクトなRFモジュール設計に最適化
100%電気試験	品質と性能を保証
IPC-クラス-2	業界標準の品質要件を満たす
典型的なアプリケーション	この6層ハイブリッドPCBは、幅広い高性能アプリケーションに最適です:
RF/マイクロ波モジュール: 位相配列アンテナ、ビームフォーミングネットワーク、トランシーバーモジュール。	車載レーダー: ADAS用の24 GHzおよび77 GHzレーダーモジュール。

 

 

5G/6Gインフラストラクチャ: 大規模MIMOアンテナおよびmmWave基地局。

衛星通信: 宇宙搭載および地上ベースの衛星機器。

1. 試験・測定機器: ベクトルネットワークアナライザおよび高周波テストフィクスチャ。
2. 小型～中型RFモジュール: 高周波性能を必要とするコスト重視のアプリケーション。
3. 結論
4. カスタム高周波回路基板の専門サプライヤーとして、当社は、実績のある「Rogers RO3003」（低損失、安定したDk、優れた寸法安定性）と「Isola 370HR」（高Tg、優れた熱信頼性、クラス最高のシーケンシャルラミネート）の性能を、当社の精密製造能力と組み合わせて、世界クラスのハイブリッドPCBソリューションを提供します。
5. この6層ハイブリッド製品は、RO3003の低損失高周波性能と370HRの熱信頼性および加工上の利点を最大限に活用し、さらに「ブラインドビア（L1～L2）」や導電性「銅ペースト」ビア（0.15mm）などの高度な機能を組み込むことで、コンパクトな0.82mmフォームファクタで最適な信号整合性と信頼性を確保します。
6. 車載レーダーモジュール、位相配列アンテナ、または5G mmWaveインフラストラクチャの開発のいずれであっても、当社のエンジニアリングチームがお客様のプロジェクトをサポートいたします。技術コンサルテーション、サンプル、または量産のご注文については、今すぐお問い合わせください。