5G 基地局、77GHz ミリ波レーダー、衛星通信などの高周波アプリケーションにおいて、Rogers+fr4 ハイブリッドは、RF 性能とコスト管理のバランスをとる業界標準ソリューションとなっています。高周波信号層のみにロジャースを使用し、他の層には fr4 を使用することで、材料コストを 30% -70% 削減できます。しかし、混合プレスは単に材料を積層するだけの問題ではなく、2 つの材料間の物性の違いによってもたらされるプロセス上の課題が、高周波 PCB の技術力を測る「試金石」となります。メーカー。
1、混圧プロセスの難しさは何ですか? 4 つの主要な技術的ボトルネック
1.1 CTE の不一致 - 剥離と反りの根本原因
熱膨張係数 (CTE) の違いは、混合圧縮プロセスにおける根本的な矛盾であり、混合圧縮プレートの信頼性の上限を直接決定します。
| 材質の種類 | Z- 軸 CTE (ppm/℃) | X/Y- 軸 CTE (ppm/℃) | Tg（度） |
|---|---|---|---|
| 標準fr4 | 50~70 | 12~16 | 130~140 |
| 高Tg fr4 | 25~30 | 12~16 | 170以上 |
| ロジャース RO4350B | 32 | 10~12 | >280 |
| ロジャース RO4003C | 46 | 11~14 | >280 |
| ロジャース RO4835 | 28 | 10~12 | >280 |
| PTFEクラス（RT/デュロイド5880） | 200~300 | 50~100 | 327 |
CTE の不一致によるチェーン障害:
層間剥離: リフローはんだ付けのピーク温度が 245-260 ℃の場合、2 つの材料間の Z 軸方向の膨張の差は数十マイクロメートルに達し、界面せん断応力は 2 ～ 3MPa に達する可能性があります。接着強度が不十分な場合は直接剥離も可能
銅穴の亀裂: 熱サイクル中、繰り返し引張圧縮応力が穴壁に集中し、厚さ 20 ～ 25 μ m の銅穴は中央に微小亀裂が発生しやすく、開回路につながります。
反り変形: 非対称スタッキングでは最大 1.2 ～ 2.5 mm/m の反りが発生する可能性があり、PTFE と混合された 0.1 mm 厚の FR-4 の反りは 1.9 cm を超える可能性があり、IPC-6012 規格の 0.75% 要件をはるかに超えています。
インピーダンスステップ: 信号線が媒体を通過すると、+7 Ωの過渡ピークが生成され、信号反射が発生します。
実際のテストデータ: -40 ℃ ～ 85 ℃での熱サイクル後、最適化されていない混合圧力プレートの剥離率は 12% に達し、信号の安定性は 25% 急激に低下します。
Tg1.2の違いによるプレス温度のジレンマ
fr4 の最適な圧縮温度は 170 ～ 185 ℃で、完全に架橋して硬化する必要があります。
Rogers RO4000 シリーズは、Tg が約 280 ℃ であり、許容可能な温度適合性を備えていますが、PTFE 材料は高温でわずかに変形する傾向があります。
ジレンマ: 過度の温度によりロジャースが変形し、接着剤の流れの制御ができなくなります。温度が低すぎるとfr4半硬化シートが十分に硬化せず、層間接着力が不十分になります。
1.3 誘電率の不一致 - インピーダンスの不連続問題
ロジャース RO4350B:Dk≈3.48、Df≈0.0037@10GHz
標準FR-4: Dk ≈ 4.2~4.8、Df ≈ 0.018~ 0.025@10GHz
同じ線幅の下で、信号がロジャースから fr4 領域に入るとき、インピーダンス オフセットは数オームに達する可能性があります。高周波信号線の層間スイッチングは、深刻な信号反射や挿入損失の劣化を引き起こす可能性があります。-
1.4 PTFE 材料は表面エネルギーが非常に低いため、- 固有の結合強度が不足しています
PTFE ベースの Rogers 材料の表面エネルギーはわずか 18 ～ 20 mN/m (fr4 は約 40 ～ 50 mN/m) であり、その自然な疎水性と化学的不活性により、次のような結果が得られます。
銅箔や半硬化シートとの密着性が悪い
活性化されていない場合、界面剥離強度は fr4 層間の剥離強度よりもはるかに低くなります。
熱衝撃を受けると、層間剥離、亀裂、細孔内の銅の剥離が発生しやすくなります。
2、ロジャース+fr4を上手く押すにはどうすればよいでしょうか？フルプロセステクノロジーソリューション
ステップ 1: 材料の選択 - ソースからの CTE ギャップを狭める
推奨される「混合可能な」ロジャース素材:
推奨される RO4000 シリーズ: RO4350B、RO4003C、RO4835 は、FR4 と混合するように特別に設計されており、X/Y 軸 CTE は 10 ～ 14 ppm/℃で、FR-4 の 12 ～ 16 ppm/℃に近いです。
セラミック充填の最適なソリューション: RO4835 の Z- 軸 CTE は 28 ppm/℃です。これにより、高 Tg fr4 (25 ppm/℃) との差が 10% 以内に減少し、熱応力の不一致のリスクが最小限に抑えられます。
PTFE 材料の使用には注意が必要です。RT/duroid 5880 などの PTFE 基板を使用する必要がある場合は、段階的な CTE 勾配を形成するために RO4350B を遷移層として両面に構成する必要があります。
fr4 は高 Tg 材料にアップグレードする必要があります。
170 ℃以上の Tg を持つ低 CTE fr4 を使用すると、Z- 軸の CTE を 25 ～ 30 ppm/℃ に最適化できます。
熱サイクルの信頼性が保証できないため、通常の Tg=130 ～ 140 ℃の FR-4 を混合圧縮に使用することは禁止されています
ステップ 2: スタッキング デザイン - 対称性は鉄則です
100% ミラー対称スタッキングを強制することが、反りを制御する最も効果的な方法です。
上部と下部の誘電体層の材料タイプ、厚さ、銅の厚さ、および PP モデルは、PCB 中心層を対称軸として完全に対称である必要があります。
高周波層はペアで対称的に配置する必要があり、片面に高周波基板を 1 層だけ配置することは固く禁止されています
代表的な6層混合圧構造例：
TextL1: RO4350B (高周波信号層) L2: PP (RO4450F) L3: 高 Tg fr4 (形成) L4: 高 Tg fr4 (電源層) L5: 高 Tg fr4 (形成) L6: PP (RO4450F) L7: RO4350B (高周波信号層) ← ミラー対称L1
代表的な10層構造：L1（RO4350B）/L2（PP）/L3～L8（FR-4）/L9（PP）/L10（RO4350B）
実際のテスト結果: 対称的な積層により、熱サイクル後の反りを 1.2% から 0.5% 以内に低減できます。