U RT422-It rev

Transcript

1 Riillasciio delllle ttensiionii iintterne dopo ll iinciisiione,, neii llamiinattii per miicroonde RT//duroiid Come per tutti i laminati in PTFE (Teflon ) in cui il dielettrico è accoppiato a fogli di rame ad alta temperatura, anche per i laminati per alta frequenza, RT/duroid si verifica un restringimento dopo la rimozione del rame. Dopo che il laminato è riportato a temperatura ambiente dopo l incollaggio del rame ad alta temperatura, il rame ed il dielettrico si trovano a dimensioni differenti da quelle che avrebbero se non fossero accoppiati, a causa dei differenti valori dei coefficienti di espansione termica del rame e del dielettrico. Il dielettrico tenta di restringersi ma viene trattenuto dal foglio di rame. Analogamente il foglio di rame tenderebbe ad espandersi ma viene trattenuto dal dielettrico. Dopo la laminazione circa il 50% del PTFE del dielettrico è in una fase cristallina, mentre il restante 50% è in fase amorfa. La fase amorfa è viscoelastica, ha quindi proprietà sia viscose che elastiche. La risposta di tipo elastico a qualsiasi forza applicata, è immediata; provoca quindi una deformazione immediata; la risposta della componente amorfa a forze applicate è di tipo viscoso e si sviluppa nel tempo; il materiale si deformerà lentamente in un certo periodo di tempo. Quando una parte di rame viene asportata per realizzare il circuito, le tensioni interne non sono più equilibrate, dal momento che non c è più parte del rame che tende a dilatare il dielettrico. C è quindi un immediata risposta di tipo elastico della parte cristallina del PTFE e della porzione elastica della parte amorfa, che porta ad un restringimento del laminato. La risposta viscosa della fase amorfa, risulta in un continuo lento restringimento nel tempo fino al raggiungimento del nuovo equilibrio. Il restringimento dovuto alla fase viscosa-amorfa può richiedere giorni. Per complicare il quadro, i valori del coefficiente di espansione termica (CTE) di alcuni dielettrici, sono diversi nell asse X (direzione di macchina) e nell asse Y (direzione perpendicolare a quella di macchina) così da portare a differenti restringimenti nelle direzioni dei due assi X ed Y. La quantità di rame rimosso, la distribuzione e la geometria del rame rimanente, gli spessori relativi del rame e del dielettrico, il tipo di rame, il tipo di dielettrico, il tempo trascorso dal momento della laminazione (o dell incisione) e la temperatura di immagazzinamento, sono tutti fattori che influenzano i valori del restringimento immediato e di quello lento residuo nei due assi X ed Y. Risulta quindi molto difficile predire con precisione l esatta misura di restringimento che ci si possa aspettare dopo l incisione. Per molti circuiti il restringimento è abbastanza piccolo da poter essere ignorato, ma per circuiti di grosse dimensioni dove siano necessarie elevate tolleranze sulle posizioni relative, il movimento totale del materiale è abbastanza ampio da rappresentare un problema.

2 Per i casi in cui il restringimento non sia accettabile una soluzione è rappresentata da una procedura chiamata doppia incisione. Questo processo prevede due diverse immagini (due master) di incisione e due incisioni separate con un ciclo di stabilizzazione in forno tra le due incisioni in modo da accelerare il restringimento residuo. Questa procedura elimina circa il 90% del restringimento dovuto alla incisione, ancora prima che venga effettuata la seconda e definitiva incisione. Con questo processo la percentuale residua di assestamento, sarà nell ordine di pochi centesimi di percento e quindi abbastanza piccola da poter essere ignorata. La procedura della doppia incisione consiste nel creare due serie di attrezzature: una più grossolana ed una finale. Quella grossolana provvederà ad incidere circa il 90% del rame, lasciando il rame soltanto intorno all area in cui verrà inciso il circuito finale. Il primo master grossolano verrà realizzato aumentando opportunamente dal 10% al 15% la larghezza e la lunghezza delle piste. Viene così creata con la prima attrezzatura preliminare un immagine grossolana del circuito stampato e quindi il rame esposto viene inciso e rimosso. Si deve tenere presente che qualsiasi foro, o target di riferimento del circuito si muoverà dopo il restringimento dovuto alla prima incisione e quindi essi saranno inutilizzabili per i posizionamenti successivi. Di conseguenza dovranno essere aggiunti nuovi fori o target di riferimento prima dell incisione finale. L attrezzatura definitiva (artwork) può essere registrata rispetto alla piastra di circuito stampato, realizzando nell attrezzatura grossolana, delle piste sottili negli assi X ed Y, posizionate nella zona centrale della piastra. Prima che venga effettuata l esposizione con l immagine finale del circuito, deve essere stabilizzato il circuito per eliminare il restringimento residuo. Dal momento che questo restringimento è dipendente dal tempo, potremmo anche pensare di attendere che questo processo si sviluppi spontaneamente, ma saremmo costretti ad attendere molti giorni prima che il restringimento residuo dovuto alle tensioni interne si riduca a livelli trascurabili. La fase amorfa del PTFE è caratterizzata da uno stato vetroso e da uno stato elastico, ed il rilascio delle tensioni interne avviene molto più velocemente nello stato elastico che nello stato vetroso. La temperatura di transizione vetrosa è di circa 130 C, e quindi il fenomeno può essere accelerato mettendo il circuito in forno a temperature superiori a 130 C. Dati sperimentali indicano che non vengono rilevati ulteriori restringimenti significativi dopo una stabilizzazione di 2 ore a 225 C in un forno con atmosfera in azoto. La presenza di ossigeno in queste condizioni di tempo/temperatura (2 ore a 225 C) causa ossidazione del rame e porta ad una riduzione della resistenza alla pelatura del rame (peel strength).

3 Un soluzione alternativa al forno in atmosfera di azoto è quella di usare un forno con circolazione di aria calda, ma con un ciclo di stabilizzazione modificato in modo da non alterare il peel strength del rame. Questo ciclo modificato elimina solo circa il 60% del restringimento dovuto all incisione. Il ciclo dipende da tipo di materiale come indicato nella tabella I. Durante il ciclo di stabilizzazione in forno, i pannelli del circuito devono essere liberi da vincoli in modo da poter permettere al materiale di restringersi liberamente. Per i laminati per alta frequenza RT/duroid 5880 and 5870 è necessario, dopo il trattamento in forno, un successivo periodo di stabilizzazione di circa 10 ore, per permettere il rilascio delle tensioni interne residue. Il fotoresist della prima incisione preliminare deve essere rimosso prima del ciclo di stabilizzazione in forno. Dopo questi processi, i circuiti sono ben stabilizzati e l ulteriore restringimento residuo è a questo punto trascurabile. Tabella I. Ciclo di stabilizzazione in forno per il rilascio delle tensioni interne Laminato RT/duroid Ciclo raccomandato Ciclo Alternativo Stabilizzazione ore a 225 C (in azoto) 1 ora a 175 C ore a 225 C (in azoto) 1 ora a 175 C 10 ore 10 ore ore a 225 C (in azoto) C Non necessaria ore a 225 C (in azoto) C Non necessaria La tabella II mostra i cambiamenti dimensionali dei laminati di RT/duroid dopo che tutto il rame è stato inciso sulle due facce. Il movimento totale per un dato circuito è proporzionale alla quantità di rame lasciato sulla piastra. L artwork finale viene a questo punto allineato con le piccole piste centrali realizzate dall attrezzatura preliminare, e si devono nuovamente realizzare i fori di riferimento con un trapano o con ferri trancia. Se sono previsti dei fori metallizzati, questi possono essere fatti a questo punto, effettuando la foratura, il trattamento delle superfici con plasma (o con soluzioni di sodio) e la metallizzazione con rame chimico.

4 Con un master negativo, si lascia esposta la superficie del rame da accrescere galvanicamente e quindi si effettua l accrescimento elettrolitico del rame della piastra allo spessore desiderato, nelle zone desiderate. A questo punto viene depositato stagno o oro sul rame esposto ed infine il rame rimanente non necessario viene inciso usando l oro o la stagno come resist di incisione. Tabella II. Variazioni dimensionali tipiche nei laminati RT/duroid Rogers RT/duroid Tipo - Spessore Ciclo Raccomandato CMD % - MD % Ciclo Alternativo CMD % - MD % " " " " " " " CMD: cross machine direction = Direzione perpendicolare alla direzione di macchina MD: machine direction = Direzione di macchina (asse X)

5 Se non ci sono fori metallizzati, o come processo alternativo, si può applicare un resist positivo (utilizzando un master positivo) e quindi si provvede ad incidere il rame esposto, dopo aver forato con trapano o con ferri trancia i fori di riferimento. Con questo processo di doppia incisione (a due fasi), con stabilizzazione in forno si otterranno circuiti con variazioni dimensionali minime nel circuito finale Si possono così ottenere strette tolleranze dimensionali ed eccellenti caratteristiche di registrazione del circuito, ottenendo così il massimo rendimento dei laminati Rogers RT/duroid per microonde. Nota: I laminati per microonde RT/duroid 6002 ed il laminato per microonde TMM sono stabili termicamente ed hanno restringimenti minimi dopo l incisione, dal momento che il loro coefficiente di espansione termica (CTE) è stato progettato simile a quello del rame (16 ppm/ C) per gli assi X ed Y. Valori tipici di restringimento sono di 0,02% o meno. Questo valore molto basso, permette elevate tolleranze dopo l incisione, senza la necessità di dover ricorrere alla doppia incisione. RO4003 e RO4350 sono marchi registrati della Rogers Corp. USA Teflon è un marchio registrato della E. I. du Pont de Nemour & Co. Le informazioni ed i suggerimenti contenuti in questo documento sono forniti in buona fede per assistere nell impiego dei materiali per alta frequenza della Rogers Corporation. I dati sopra indicati sono validi alla data di emissione di questo documento. Le indicazioni di questo documento non sono intese a fornire e non danno alcuna garanzia né implicita né esplicita di adattabilità o di convenienza per una particolare applicazione. I risultati possono variare in funzione delle condizioni e delle apparecchiature. L utilizzatore deve valutare l adeguatezza ed adattabilità dei prodotti Rogers per ciascuna applicazione. Una licenza di esportazione emessa dal Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti potrebbe essere richiesta per l esportazione di questi materiali dagli Stati Uniti o dal Canada.