2025-08-14
ภาพลักษณ์ที่ได้รับอนุญาตจากลูกค้า
PCB แบบไฮบริด—ใช้การเคลือบแบบผสมผสานของวัสดุ Rogers ประสิทธิภาพสูงและ TG170 FR4 ที่คุ้มค่า—ได้กลายเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง ด้วยการผสานรวมความสมบูรณ์ของสัญญาณของ Rogers เข้ากับความแข็งแรงทางกลและความสามารถในการจ่ายของ TG170 PCB เหล่านี้จึงมอบสมดุลที่หายากของประสิทธิภาพ ความทนทาน และประสิทธิภาพด้านต้นทุน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีฐาน 5G เรดาร์ และการใช้งานเซ็นเซอร์อุตสาหกรรม การออกแบบแบบไฮบริดแก้ปัญหาที่สำคัญ: วิธีการบรรลุประสิทธิภาพความถี่สูงโดยไม่ใช้จ่ายเกินงบประมาณกับวัสดุ
คู่มือนี้จะสำรวจวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการรวม Rogers และ TG170 แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบสำหรับการวางซ้อนแบบไฮบริด และวิธีการเอาชนะอุปสรรคในการผลิต—ช่วยให้วิศวกรสร้าง PCB ที่เก่งทั้งการส่งสัญญาณความเร็วสูงและความน่าเชื่อถือในโลกแห่งความเป็นจริง
ประเด็นสำคัญ
1.PCB แบบไฮบริดที่จับคู่ Rogers และ TG170 ช่วยลดต้นทุนวัสดุลง 30–40% เมื่อเทียบกับการออกแบบ Rogers เต็มรูปแบบ ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพความถี่สูงไว้ได้ 90%
2.วัสดุ Rogers (เช่น RO4350) ทำได้ดีในการใช้งานความถี่สูง (28GHz+) โดยมีการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ (Df = 0.0037) และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่เสถียร (Dk = 3.48) ในขณะที่ TG170 ให้ความแข็งแรงทางกล (Tg = 170°C) และการประหยัดต้นทุนสำหรับเลเยอร์ที่ไม่สำคัญ
3.การออกแบบการวางซ้อนที่เหมาะสม—วาง Rogers ในเลเยอร์ที่สำคัญต่อสัญญาณและ TG170 ในเลเยอร์พลังงาน/กราวด์—ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดในขณะที่ลดต้นทุนให้เหลือน้อยที่สุด
4.ความท้าทายในการผลิต เช่น การไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อนและการยึดติดแบบเคลือบ สามารถแก้ไขได้ด้วยการเลือกวัสดุ (CTE ที่ตรงกัน) และกระบวนการควบคุม (การเคลือบที่แม่นยำ)
ทำไมต้องรวม Rogers และ TG170?
Rogers และ TG170 ต่างก็นำจุดแข็งที่เป็นเอกลักษณ์มาสู่ PCB แบบไฮบริด โดยแก้ไขข้อจำกัดของการใช้วัสดุใดวัสดุหนึ่งเพียงอย่างเดียว:
a.วัสดุ Rogers (เช่น ซีรีส์ RO4000) ได้รับการออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพความถี่สูง แต่มีราคาสูง (3–5 เท่าของราคา FR4) วัสดุเหล่านี้โดดเด่นในเลเยอร์ที่สำคัญต่อสัญญาณ ซึ่งการสูญเสียน้อยและการมี Dk ที่เสถียรเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้
b.TG170 FR4 เป็นลามิเนตที่มี Tg สูง (Tg = 170°C) ที่คุ้มค่าและมีคุณสมบัติทางกลที่แข็งแกร่ง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการกระจายพลังงาน ระนาบกราวด์ และเลเยอร์สัญญาณที่ไม่สำคัญ ซึ่งประสิทธิภาพความถี่สูงมีความสำคัญน้อยกว่า
ด้วยการรวมเข้าด้วยกัน PCB แบบไฮบริดใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของ Rogers ในจุดที่สำคัญที่สุด และความสามารถในการจ่ายของ TG170 ในที่อื่นๆ—สร้างโซลูชัน "ดีที่สุดของทั้งสองโลก"
คุณสมบัติของ Rogers และ TG170: การเปรียบเทียบ
การทำความเข้าใจคุณสมบัติหลักของแต่ละวัสดุเป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบ PCB แบบไฮบริดที่มีประสิทธิภาพ:
| คุณสมบัติ | Rogers RO4350 (เกรดความถี่สูง) | TG170 FR4 (เกรดมาตรฐาน) |
|---|---|---|
| ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dk) | 3.48 (เสถียรตลอดความถี่/อุณหภูมิ) | 4.2–4.6 (แตกต่างกันไปตามความถี่) |
| ตัวประกอบการกระจาย (Df) | 0.0037 (การสูญเสียน้อย) | 0.02–0.03 (การสูญเสียปานกลาง) |
| อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) | 280°C | 170°C |
| การนำความร้อน | 0.6 W/m·K | 0.2–0.3 W/m·K |
| CTE (แกน Z) | 30 ppm/°C | 50–60 ppm/°C |
| ต้นทุน (สัมพัทธ์) | 5x | 1x |
| ดีที่สุดสำหรับ | สัญญาณความถี่สูง (28GHz+), เส้นทาง RF | เลเยอร์พลังงาน, ระนาบกราวด์, สัญญาณความเร็วต่ำ |
จุดแข็งหลักของวัสดุ Rogers
a.การสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ: Df = 0.0037 ช่วยลดทอนสัญญาณในระบบ 5G mmWave (28–60GHz) และเรดาร์ (77GHz)
b.Dk ที่เสถียร: รักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่สอดคล้องกันตลอดอุณหภูมิ (-40°C ถึง 85°C) และความถี่ ซึ่งมีความสำคัญต่อการควบคุมอิมพีแดนซ์
c.ความทนทานต่อความชื้น: ดูดซับ <0.1% ความชื้น ทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น (เช่น เซลล์ขนาดเล็ก 5G กลางแจ้ง)
จุดแข็งหลักของ TG170
a.Tg สูง: ทนต่ออุณหภูมิการไหลซ้ำ (260°C) และการทำงานในระยะยาวที่ 130°C ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและยานยนต์
b.ความแข็งแกร่งทางกล: รองรับการออกแบบหลายเลเยอร์ (12+ เลเยอร์) โดยไม่มีการบิดงอ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ PCB ที่ซับซ้อนพร้อมเลเยอร์พลังงานและสัญญาณ
c.ประสิทธิภาพด้านต้นทุน: 1/5 ของราคา Rogers ช่วยลดค่าใช้จ่าย PCB ทั้งหมดเมื่อใช้ในเลเยอร์ที่ไม่สำคัญ
ข้อดีของ PCB แบบไฮบริดด้วย Rogers และ TG170
การออกแบบแบบไฮบริดปลดล็อกประโยชน์ที่ไม่มีวัสดุใดให้ได้เพียงอย่างเดียว:
1. ประสิทธิภาพและต้นทุนที่สมดุล
ตัวอย่าง: PCB 5G 12 เลเยอร์ที่ใช้ Rogers สำหรับ 2 เลเยอร์สัญญาณ (เส้นทาง RF) และ TG170 สำหรับ 10 เลเยอร์พลังงาน/กราวด์มีราคาถูกกว่าการออกแบบ Rogers ทั้งหมด 35% ในขณะที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณไว้ได้ 92%
กรณีการใช้งาน: ผู้ผลิตอุปกรณ์โทรคมนาคมรายงานการประหยัดต่อปี 1.2 ล้านดอลลาร์โดยเปลี่ยนไปใช้การออกแบบแบบไฮบริดในสถานีฐาน 5G
2. การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น
การนำความร้อนที่สูงขึ้นของ Rogers (0.6 W/m·K) จะกระจายความร้อนจากเครื่องขยายเสียง RF กำลังสูง ในขณะที่ความแข็งแกร่งของ TG170 ให้การรองรับโครงสร้างสำหรับอ่างความร้อน
ผลลัพธ์: PCB แบบไฮบริดในโมดูลเรดาร์ทำงานเย็นกว่าการออกแบบ TG170 ทั้งหมด 15°C ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบเป็น 2 เท่า
3. ความสามารถรอบด้านในการใช้งานต่างๆ
PCB แบบไฮบริดปรับให้เข้ากับความต้องการที่หลากหลาย: Rogers จัดการสัญญาณความถี่สูง ในขณะที่ TG170 จัดการการกระจายพลังงานและความเครียดทางกล
การใช้งาน: สถานีฐาน 5G ตัวรับส่งสัญญาณ เรดาร์ยานยนต์ เซ็นเซอร์ IoT อุตสาหกรรม และระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม
การออกแบบการวางซ้อน PCB แบบไฮบริด: แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด
กุญแจสู่ความสำเร็จของ PCB แบบไฮบริดอยู่ที่การวางเลเยอร์เชิงกลยุทธ์—จับคู่วัสดุกับฟังก์ชันที่ตั้งใจไว้
1. กลยุทธ์การกำหนดเลเยอร์
เลเยอร์ Rogers: สงวนไว้สำหรับเส้นทางสัญญาณความถี่สูง (เช่น ร่องรอย RF 28GHz) และเส้นทางควบคุมอิมพีแดนซ์ที่สำคัญ (50Ω single-ended, 100Ω differential pairs)
เลเยอร์ TG170: ใช้สำหรับระนาบพลังงาน (3.3V, 5V), ระนาบกราวด์ และสัญญาณความเร็วต่ำ (≤1GHz) เช่น สายควบคุม
ตัวอย่างการวางซ้อน 4 เลเยอร์:
1.เลเยอร์บนสุด: Rogers (สัญญาณ RF, 28GHz)
2.เลเยอร์ด้านใน 1: TG170 (ระนาบกราวด์)
3.เลเยอร์ด้านใน 2: TG170 (ระนาบพลังงาน)
4.เลเยอร์ล่างสุด: Rogers (differential pairs, 10Gbps)
2. การควบคุมอิมพีแดนซ์
เลเยอร์ Rogers: คำนวณขนาดร่องรอย (ความกว้าง ระยะห่าง) เพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์เป้าหมาย (เช่น 50Ω) โดยใช้เครื่องมือเช่น Polar Si8000 ไมโครสตริป 50Ω บน Rogers RO4350 (ไดอิเล็กทริก 0.2 มม.) ต้องใช้ความกว้างร่องรอย 0.15 มม.
เลเยอร์ TG170: สำหรับสัญญาณความเร็วต่ำ ความคลาดเคลื่อนของอิมพีแดนซ์สามารถผ่อนคลายได้ถึง ±10% (เทียบกับ ±5% สำหรับเลเยอร์ Rogers) ทำให้การออกแบบง่ายขึ้น
3. ความสมดุลทางความร้อนและกลไก
การจับคู่ CTE: Rogers (Z-axis CTE = 30 ppm/°C) และ TG170 (50–60 ppm/°C) มีอัตราการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน บรรเทาโดย:
ใช้เลเยอร์ Rogers บาง (0.2–0.3 มม.) เพื่อลดความเครียดจากการขยายตัว
เพิ่มเลเยอร์ "บัฟเฟอร์" (เช่น TG170 พร้อมผ้าใยแก้ว) ระหว่างกัน
น้ำหนักทองแดง: ใช้ทองแดง 2oz ในเลเยอร์พลังงาน TG170 สำหรับการจัดการกระแส และ 1oz ในเลเยอร์สัญญาณ Rogers เพื่อลดการสูญเสีย
4. ความเข้ากันได้ของวัสดุ
การเลือกพรีเพร็ก: ใช้พรีเพร็กชนิดอีพ็อกซี (เช่น Isola FR408) ที่ยึดติดได้ดีกับทั้ง Rogers และ TG170 หลีกเลี่ยงพรีเพร็กโพลีเอสเตอร์ ซึ่งอาจหลุดออกจาก Rogers
การบำบัดพื้นผิว: Rogers ต้องมีการทำความสะอาดพลาสมาก่อนการเคลือบ เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะกับเลเยอร์ TG170
ความท้าทายในการผลิตและแนวทางแก้ไข
PCB แบบไฮบริดนำเสนออุปสรรคในการผลิตที่ไม่เหมือนใครเนื่องจากความแตกต่างของวัสดุ แต่สิ่งเหล่านี้สามารถจัดการได้ด้วยกระบวนการควบคุม:
1. การยึดติดแบบเคลือบ
ความท้าทาย: Rogers และ TG170 ยึดติดได้ไม่ดีกับพรีเพร็กมาตรฐาน ทำให้เกิดการหลุดลอก
วิธีแก้ไข: ใช้พรีเพร็กอีพ็อกซีที่ปรับเปลี่ยน (เช่น Rogers 4450F) ที่ออกแบบมาสำหรับการเคลือบแบบผสม ใช้แรงดัน 300–400 psi และอุณหภูมิ 180°C ในระหว่างการเคลือบเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดติดเต็มที่
2. การไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อน
ความท้าทาย: การขยายตัวที่แตกต่างกันในระหว่างการไหลซ้ำอาจทำให้เกิดการบิดงอหรือการแยกชั้น
วิธีแก้ไข:
จำกัดความหนาของเลเยอร์ Rogers ให้ ≤30% ของความหนา PCB ทั้งหมด
ใช้การวางซ้อนแบบสมมาตร (การสะท้อนเลเยอร์ Rogers และ TG170) เพื่อสร้างสมดุลให้กับความเครียด
3. การเจาะและการชุบ
ความท้าทาย: Rogers นุ่มกว่า TG170 ทำให้เกิดการเจาะที่ไม่สม่ำเสมอและช่องว่างในการชุบ
วิธีแก้ไข:
ใช้ดอกสว่านเคลือบเพชรสำหรับเลเยอร์ Rogers โดยลดอัตราการป้อน (50% ของมาตรฐาน) เพื่อหลีกเลี่ยงการฉีกขาด
ชุบ vias ในสองขั้นตอน: การตีทองแดงครั้งแรก (10μm) เพื่อปิดผนึก Rogers จากนั้นชุบเต็ม (25μm) เพื่อการนำไฟฟ้า
4. การควบคุมคุณภาพ
การตรวจสอบ: ใช้การทดสอบอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับการหลุดลอกระหว่างเลเยอร์ Rogers และ TG170
การทดสอบ: ดำเนินการหมุนเวียนความร้อน (-40°C ถึง 125°C เป็นเวลา 1,000 รอบ) เพื่อตรวจสอบความเสถียรทางกล
การใช้งาน PCB แบบไฮบริด
PCB แบบไฮบริดโดดเด่นในการใช้งานที่ต้องการทั้งประสิทธิภาพความถี่สูงและประสิทธิภาพด้านต้นทุน:
1. สถานีฐาน 5G
ความต้องการ: สัญญาณ mmWave 28GHz (การสูญเสียน้อย) + การกระจายพลังงาน (ประสิทธิภาพด้านต้นทุน)
การออกแบบ: เลเยอร์ Rogers สำหรับส่วนหน้า RF; TG170 สำหรับวงจรไฟ DC และวงจรควบคุม
ผลลัพธ์: ลดต้นทุน 30% เมื่อเทียบกับการออกแบบ Rogers ทั้งหมด โดยมีความสมบูรณ์ของสัญญาณ 95%
2. เรดาร์ยานยนต์
ความต้องการ: สัญญาณเรดาร์ 77GHz (Dk ที่เสถียร) + ความทนทาน (Tg สูง)
การออกแบบ: Rogers สำหรับร่องรอยตัวรับส่งสัญญาณเรดาร์; TG170 สำหรับการจัดการพลังงานและ CAN bus
ผลลัพธ์: เป็นไปตามมาตรฐานความน่าเชื่อถือ ISO 26262 ในขณะที่ลดต้นทุนวัสดุลง 25%
3. เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม
ความต้องการ: สัญญาณ IoT 6GHz + ทนต่ออุณหภูมิโรงงาน
การออกแบบ: Rogers สำหรับการสื่อสารไร้สาย; TG170 สำหรับพลังงานและประมวลผลเซ็นเซอร์
ผลลัพธ์: รอดพ้นจากสภาพแวดล้อมโรงงาน 85°C โดยมีการสูญเสียสัญญาณ <1%
PCB วัสดุไฮบริดเทียบกับ PCB วัสดุบริสุทธิ์: การเปรียบเทียบต้นทุนประสิทธิภาพ
| เมตริก | ไฮบริด (Rogers + TG170) | Rogers ทั้งหมด | TG170 ทั้งหมด |
|---|---|---|---|
| การสูญเสียสัญญาณ 28GHz (10 ซม.) | 3.5dB | 3.2dB | 8.0dB |
| ต้นทุน (PCB 12 เลเยอร์) | $150/หน่วย | $220/หน่วย | $90/หน่วย |
| การนำความร้อน | 0.4 W/m·K | 0.6 W/m·K | 0.25 W/m·K |
| ความแข็งแกร่งทางกล | สูง | ปานกลาง | สูง |
| ดีที่สุดสำหรับ | ความถี่สูง/ต้นทุนที่สมดุล | ความถี่สูงที่สำคัญ | ต้นทุนต่ำ ความถี่ต่ำ |
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: PCB แบบไฮบริดสามารถจัดการความถี่ 60GHz+ ได้หรือไม่
ตอบ: ได้ แต่สงวนเลเยอร์ Rogers ไว้สำหรับเส้นทาง 60GHz (เช่น Rogers RT/duroid 5880 ที่มี Dk=2.2) และใช้ TG170 สำหรับเลเยอร์สนับสนุน การสูญเสียสัญญาณที่ 60GHz คือ ~5dB/10cm ในการออกแบบแบบไฮบริด เทียบกับ 4dB ใน Rogers ทั้งหมด
ถาม: ฉันจะมั่นใจได้อย่างไรว่ามีการยึดติดระหว่าง Rogers และ TG170
ตอบ: ใช้พรีเพร็กที่เข้ากันได้ (เช่น Rogers 4450F) ทำการรักษาพื้นผิว Rogers ด้วยพลาสมา และควบคุมแรงดันการเคลือบ (300–400 psi) และอุณหภูมิ (180°C)
ถาม: PCB แบบไฮบริดซับซ้อนกว่าในการออกแบบหรือไม่
ตอบ: ต้องมีการวางแผนการวางซ้อนอย่างระมัดระวัง แต่เครื่องมือสมัยใหม่ (Altium, Cadence) ช่วยลดความซับซ้อนของการคำนวณอิมพีแดนซ์และการกำหนดเลเยอร์ การประหยัดต้นทุนมักจะพิสูจน์ให้เห็นถึงความพยายามในการออกแบบเพิ่มเติม
ถาม: จำนวนเลเยอร์สูงสุดใน PCB แบบไฮบริดคือเท่าใด
ตอบ: เป็นไปได้มากกว่า 20 เลเยอร์ด้วยความสมมาตรของการวางซ้อนที่เหมาะสม PCB 5G โทรคมนาคมมักใช้การออกแบบแบบไฮบริด 16 เลเยอร์ (4 Rogers, 12 TG170)
ถาม: PCB แบบไฮบริดต้องมีการทดสอบพิเศษหรือไม่
ตอบ: ใช่—เพิ่มการตรวจสอบอัลตราโซนิกสำหรับการหลุดลอกและ TDR (Time Domain Reflectometry) เพื่อตรวจสอบอิมพีแดนซ์ในเลเยอร์ Rogers การทดสอบการหมุนเวียนความร้อน (-40°C ถึง 125°C) จะตรวจสอบความเสถียรทางกล
บทสรุป
PCB แบบไฮบริดที่รวมวัสดุ Rogers และ TG170 แสดงถึงการประนีประนอมที่ชาญฉลาด โดยให้ประสิทธิภาพความถี่สูงในจุดที่สำคัญ ในขณะที่ใช้ประโยชน์จาก TG170 ที่คุ้มค่าสำหรับเลเยอร์ที่ไม่สำคัญ ด้วยการกำหนดวัสดุเชิงกลยุทธ์ให้กับจุดแข็งของพวกเขา—Rogers เพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ TG170 เพื่อความแข็งแรงทางกลและต้นทุน—วิศวกรสามารถสร้าง PCB ที่ตอบสนองความต้องการของ 5G เรดาร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรมโดยไม่ใช้จ่ายเกินงบประมาณ
ความสำเร็จขึ้นอยู่กับการออกแบบการวางซ้อนอย่างระมัดระวัง ความเข้ากันได้ของวัสดุ และกระบวนการผลิตที่ควบคุม ด้วยสิ่งเหล่านี้ PCB แบบไฮบริดจึงนำเสนอโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับการสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และต้นทุนในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการมากที่สุดในปัจจุบัน
เนื่องจากการใช้งานความถี่สูงยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง การเคลือบแบบไฮบริดจะยังคงเป็นกลยุทธ์หลักสำหรับวิศวกรที่ต้องการสร้างสรรค์นวัตกรรมโดยไม่ทำลายงบประมาณ
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
