Nguyên nhân sâu xa của 90% vấn đề cong vênh của bo mạch tần số cao là sự bất đối xứng của cấu trúc xếp chồng lên nhau, điều này đã được xác minh nhiều lần trong ngành như một sự đồng thuận về mặt kỹ thuật.
Cơ chế cốt lõi của sự cong vênh do cấu trúc không đối xứng
Hình ảnh phản chiếu ứng suất hoàn toàn không cân bằng: cấu trúc gương của tấm tần số cao tập trung vào độ dày tấm bị phá vỡ và độ co nhiệt của vật liệu ở cả hai mặt không nhất quán. Sau khi làm mát, một mô-men xoắn không đồng đều được hình thành để tạo ra sự uốn cong của bề mặt tấm.
Sự chênh lệch CTE được khuếch đại: Sự chênh lệch CTE trục Z giữa các vật liệu tần số cao như Rogers và lá đồng có thể đạt tới ba lần và cấu trúc không đối xứng sẽ ngăn ứng suất triệt tiêu lẫn nhau do chênh lệch giãn nở nhiệt này gây ra.
Suy giảm chuỗi cong vênh: Cong vênh không đối xứng có thể dẫn đến độ dày lớp không đồng đều, độ lệch trở kháng tần số cao vượt quá 10% và làm hỏng trực tiếp hiệu suất truyền tín hiệu RF.
Quan niệm sai lầm phổ biến nhất về tính bất đối xứng trong thiết kế bảng tần số cao
Sự bất đối xứng của vật liệu: Bảng tần số cao Rogers được sử dụng cho lớp trên cùng và FR-4 được trộn ở vị trí tương ứng của lớp dưới cùng. Đặc tính nhiệt của vật liệu ở cả hai mặt hoàn toàn không khớp.
Độ dày đồng không đối xứng: Lớp trên cùng có độ dày đồng là 1oz, trong khi lớp tương ứng ở phía dưới có độ dày đồng chỉ 0,5oz. Sự chênh lệch về ứng suất co ngót giữa các lá đồng ở cả hai bên trực tiếp kéo và làm biến dạng bề mặt của tấm ván.
Sự phân bố đồng không đối xứng: Đồng rắn được đặt rộng rãi ở lớp trên cùng, trong khi hầu như không có đồng ở khu vực tương ứng ở lớp dưới cùng. Sự khác biệt về mật độ đồng vượt quá 30% và ứng suất bị mất cân bằng nghiêm trọng sau khi xử lý nhiệt.
Các lớp chẵn không đồng đều: Việc buộc sử dụng các cấu trúc lớp lẻ không thể đạt được sự sắp xếp phản chiếu của trục trung tâm và không thể bù đắp ứng suất giữa các lớp ở gốc.
Giải pháp đối xứng để loại bỏ cong vênh từ đầu thiết kế
Đối xứng gương toàn chiều: không chỉ số lớp đối xứng mà vị trí tương ứng của vật liệu điện môi, độ dày và độ dày lá đồng đều khớp với gương đối với trục trung tâm của bảng.
Xử lý đồng nhất lá đồng: Sự khác biệt về độ bao phủ lá đồng giữa mặt trước và mặt sau được kiểm soát trong vòng 10% và một diện tích lớn đồng nguyên khối được sử dụng làm lưới để mở cửa sổ và giải phóng ứng suất.
Ưu tiên cấu trúc lớp chẵn: Tất cả các bo mạch tần số cao phổ thông đều áp dụng thiết kế lớp chẵn để tránh rủi ro bất đối xứng từ lớp dưới cùng của cấu trúc.
Chuyển tiếp phù hợp CTE: Khi trộn và ép TG cao và thấp và các loại vật liệu tần số cao khác nhau, việc chèn lớp chuyển tiếp LCP sẽ hấp thụ hơn 80% ứng suất nhiệt.
Tiêu chuẩn kiểm soát cong vênh công nghiệp
Theo thông số thử nghiệm IPC-TM-650, độ cong vênh của bo mạch tần số cao thông thường phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,5%, độ cong vênh của bo mạch RF có độ chính xác cao phải được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3% và độ cong vênh của bo mạch tần số cao cấp ô tô không được vượt quá 0,4% trong môi trường nhiệt độ rộng.