لوحات دوائر كهربائية من شركة Rogers

ما هو لوحة الدوائر المطبوعة روجرز؟

لوحات دوائر كهربائية من شركة Rogers يشير إلى لوحة دوائر مطبوعة عالية الأداء تُصنع باستخدام مواد لامينات متخصصة تنتجها شركة Rogers Corporation، وهي شركة أمريكية متخصصة في المواد والتكنولوجيا المتقدمة. على عكس اللوحات التقليدية من نوع FR-4 التي تُصنع من راتنج الإيبوكسي والألياف الزجاجية، فإن هذه اللوحات تعتمد بشكل أساسي على مواد مثل البولي تيترا فلورو إيثيلين (PTFE)، أو المركبات المعبأة بالسيراميك، أو خلطات الهيدروكربون. وهي مناسبة بوجه خاص للتطبيقات الإلكترونية العالية التردد والعالية السرعة وتُعرف بأنها المعيار المرجعي في المجالات ذات الصلة. فيما يلي مقدمة مفصلة:

سلسلة المواد الأساسية

مزايا الأداء المتميزة

فقدان إشارة منخفض:

تمتلك هذه المواد عامل امتصاص منخفض. وعند نقل الإشارات بترددات تفوق 2 جيجاهرتز، يكون الفقد أقل بكثير مقارنة بلوحات الدوائر المطبوعة التقليدية FR-4، مما يضمن بشكل فعال سلامة الإشارة.

خصائص عازلة مستقرة:

تبقى ثابت العزل مستقرًا ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة والتواتر. وهذا يمكّن المهندسين من تصميم الدوائر بدقة مثل مطابقة المعاوقة وخطوط النقل.

التكيف القوي مع البيئة:

تمتلك العديد من المواد في سلسلتها امتصاصًا منخفضًا للماء، مما يتيح تشغيلًا مستقرًا في البيئات ذات الرطوبة العالية. وفي الوقت نفسه، تمتلك درجات حرارة انتقال زجاجية عالية (عادةً فوق 280°م) واستقرارًا حراريًا ممتازًا، وهو ما يمكنه تحمل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة.

المجالات الرئيسية للتطبيق

الاتصالات:

إنه مادة أساسية لوحدات الاتصالات اللاسلكية في محطات القاعدة 5G، والantennas الموجية الملليمترية، ومعدات الاتصالات الفضائية، والتي تلبي متطلبات نقل الإشارات بفقدان منخفض وسرعة عالية في أنظمة الاتصالات.

الطيران والدفاع:

يُستخدم في أنظمة الرادار، ووحدات التوجيه الصاروخية، والمعدات الإلكترونية المحمولة فضائيًا. ويتميز بأداء منخفض في الانبعاث الغازي وقدرة على مقاومة البيئات القاسية، ما يمكنه من التكيّف مع الظروف المعقدة في الفضاء وأرض المعركة.

إلكترونيات السيارات:

يُستخدم في رادارات السيارات، ووحدات الاتصالات المركبة بـ 5G، وأنظمة التحكم في الطاقة للمركبات الكهربائية، ويمكنه تحمل بيئة العمل ذات درجات الحرارة العالية والاهتزازات الشديدة داخل المركبات.

أجهزة الاختبار والقياس:

يُستخدم في مولدات الإشارات عالية التردد، ومحللات الشبكات المتجهة، وأجهزة دقيقة أخرى، مما يضمن دقة واستقرار قياسات الأجهزة.

لوحة الدوائر من نوع روغرز التي تُصنَع بواسطة مواد روغرز، والتي تمتلك تركيبة ركائز فريدة وتصميم أداء خاص، ولها المزايا الأساسية التالية مقارنة بلوحات FR-4 التقليدية ولوحات الدوائر عالية التردد العادية، وهي مناسبة بشكل خاص لسيناريوهات التطبيقات عالية التردد، وعالية السرعة، وعالية الموثوقية:

أداء نقل إشارة عالي التردد في مستوى متقدم للغاية

· فقدان عازل منخفض جدًا:

عامل الفقد (Df) للركائز من شركة Rogers (مثل مركبات بوليمر البيوتترافلوروإيثيلين PTFE المدعمة بالسيراميك) منخفض جدًا (عادةً < 0.0025@10GHz)، وهو أقل بكثير من عامل الفقد في لوحة FR-4 (Df≈0.02@10GHz)، وبالتالي فإن الاهتزاز الإشارة يقل بشكل كبير في النطاق الترددي العالي فوق 2 جيجاهرتز. ويضمن فعّالياً سلامة الإشارة في اتصالات الجيل الخامس 5G، والموجات الملليمترية، والاتصالات المايكروويفية، ويمنع تشوه البيانات أو انخفاض كفاءة الإرسال.

· ثبات ثابت العزل (Dk):

يختلف ثابت العزل بشكل ضئيل جدًا مع درجة الحرارة (-55℃ إلى 125℃) والتردد (مدى التغير < ±2٪). يمكن للمهندسين تصميم تطابق المعاوقة بدقة و خطوط النقل (مثل خطوط الميكروستريب و خطوط الستريب لاين) لضمان اتساق أداء الدوائر عالية التردد. وهو مناسب بشكل خاص للحالات التي تتطلب دقة عالية في المعاوقة، مثل الرادار والاتصالات الساتلية. الاتصالات.

ثبات حراري ممتاز وقدرة عالية على التكيّف مع الظروف البيئية

· درجة انتقال زجاجية عالية (Tg): تتميز معظم ركائز روغرز بدرجة انتقال زجاجي تزيد عن 280°م (بعض المنتجات مثل RO4350B لديها Tg تبلغ 280°م، في حين أن RT5880 لا تحتوي على نقطة انحناء واضحة)، وهي أعلى بكثير من تلك الخاصة بـ FR-4 (Tg ≈ 130°م). ولا تلين أو تشوه تحت ظروف الحرارة العالية، ويمكنها تحمل درجات حرارة اللحام العالية (260°م) والبيئات التشغيلية الحارة لفترات طويلة.

· معدل امتصاص مائي منخفض:

معدل امتصاص الركيزة للماء أقل من 0.03% (معدل امتصاص FR-4 ≈ 0.15%)، ولا يحدث تدهور في الأداء في البيئات ذات الرطوبة العالية (مثل البيئات البحرية وأبراج القواعد الخارجية)، مما يمنع تدهور الخصائص العازلة أو تآكل الخطوط الناتج عن امتصاص الرطوبة، وبالتالي يُطيل عمر اللوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

· مقاومة للبيئات القاسية:

مقاوم للإشعاع والتآكل الكيميائي، مناسب لسيناريوهات خاصة مثل الفضاء الجوي (الإشعاع الفضائي) والتحكم الصناعي (البيئات الحمضية والقلوية)، ومع انخفاض الانبعاث الغازي مما يتوافق مع معايير ناسا، فإنه لن يطلق مواد متطايرة تلوث المكونات الدقيقة.

أداء ميكانيكي وتقني متميز

· استقرار أبعادي عالي:

يتماشى معامل التمدد الحراري (CTE) للركيزة جيدًا مع رقائق النحاس (CTE على المحور X/Y ≈14 جزء في المليون/℃، وعلى المحور Z ≈60 جزء في المليون/℃). إن اعوجاج لوحة الدوائر المطبوعة منخفض جدًا بعد اللحام عالي الحرارة أو التغيرات الحرارية، مما يقلل من خطر فشل لحام الجهاز. وهو مناسب بشكل خاص للتغليف عالي الكثافة مثل BGA وشريحة المعكوس.

· متوافق مع عمليات PCB التقليدية:

يمكن اعتماد عمليات تصنيع اللوحات المطبوعة القياسية (النقش، الحفر، المعادنة، واللحام) دون الحاجة إلى معدات خاصة، وتدعم هذه العمليات النحاس السميك (≥2 أوقية) والتعددية موازنة بين الأداء العالي وقابلية التصنيع ويقلل من صعوبة الإنتاج الجماعي.

التكيف مع متطلبات القدرة العالية والدمج

· توصيل حراري ممتاز:

تتميز الركائز الخزفية المملوءة من شركة Rogers (مثل RO3003) بموصلية حرارية تصل إلى 0.6 واط/(متر·كلفن)، وهي أعلى من تلك الخاصة بـ FR-4 (0.3 واط/(متر·كلفن)). ويمكنها نقل الحرارة الناتجة عن أجهزة الترددات الراديوية عالية القدرة بسرعة، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة محليًا وتدهور الأداء. منع ارتفاع درجة الحرارة محليًا وتدهور الأداء.

· دعم المكونات السلبية المدمجة:

يمكن دمج بعض الركائز من شركة Rogers (مثل السلسلة المتوافقة مع LTCC) مع مكونات سلبية (مقاومات، مكثفات)، مما يقلل من عدد المكونات الخارجية، تحقيق تصغير ولوحة الدوائر الكهربائية وخفتها، وكونها مناسبة للسيناريوهات التي تكون فيها المساحة محدودة مثل الطائرات المُسيرة والرادارات المركبة على المركبات.

ميزة كفاءة الطاقة الناتجة عن عامل الفقد المنخفض

في مضخمات الطاقة الراديوية ووحدات الإرسال في المحطات القاعدية، يمكن لفقد العزل الفائق أن يقلل من فقد الطاقة أثناء نقل الإشارة، ويحسن نسبة كفاءة الطاقة للمعدات، ويقلل من استهلاك الطاقة الكلي للجهاز، وفي نفس الوقت يقلل من توليد الحرارة، مما يُحسّن أكثر تصميم التبريد. ويقلل في الوقت نفسه من توليد الحرارة، ويحسّن بشكل إضافي تصميم التبريد.

نظرًا للاختلافات الكبيرة في خصائص الركيزة بين لوحة روجرز (PCB) ولوحات FR-4 التقليدية، فإن عملية التصنيع تتطلب تحكمًا مستهدفًا في تفاصيل العملية. تتمثل النقاط الأساسية التي يجب الانتباه إليها فيما يلي:

معالجة الركيزة والتخزين

· شروط التخزين:

تُعد مواد روجرز الأساسية (وخاصة المواد الأساسية من نوع PTFE) عرضة لامتصاص الرطوبة، ويجب تخزينها في بيئة ذات درجة حرارة ورطوبة ثابتتين (درجة الحرارة 20~25℃، الرطوبة < 50٪). إذا لم تُستخدم فور الفتح، فيجب تغليفها بإحكام تحت الفراغ لمنع امتصاص الرطوبة، الذي قد يتسبب في ظهور فقاعات أو تقشر أثناء اللحام.

· قطع المادة الأساسية:

استخدم أدوات سبائك صلبة مخصصة للقطع لتجنب تشقق حواف المادة الأساسية (حيث تمتلك المادة الأساسية من نوع PTFE متانة ضعيفة). بعد القطع، يجب تنظيف الحطام الناتج عن الحواف لمنع خدش سطح اللوحة أثناء المراحل اللاحقة من المعالجة.

· التنظيف السطحي:

لا تستخدم عوامل تنظيف قوية و corrosive على سطح المادة الأساسية. يُفضل كحول الأيزوبروبيل لمسح إزالة الزيوت أو الغبار، تجنبًا لأي تلوث قد يؤثر على قوة الربط للنحاس الطبقة.

عملية الحفر والتشكيل

· معايير الحفر:

تملك مواد Rogers القائمة على PTFE صلابة عالية وموصلية حرارية ضعيفة. عند الحفر، يجب اختيار مناقير مطلية بالألماس. قم بخفض سرعة الدوران (أقل بنسبة 20% إلى 30% من FR-4)، وزيادة معدل التغذية، وفي الوقت نفسه عزز التبريد (باستخدام مبرد قابل للذوبان في الماء) لمنع تآكل المناقر أو تآكل المادة الأساسية. بالنسبة للمواد الأساسية المعبأة بنترات الألومنيوم، يجب تجنب تكوّن شقوق دقيقة أثناء الحفر. ويمكن اعتماد طريقة الحفر التدريجية.

· معالجة جدار الفتحة:

بعد الحفر، يلزم تنظيف البلازما أو التآكل الكيميائي لإزالة بقايا المادة الأساسية العالقة على جدار الفتحة (من الصعب إزالة بقايا PTFE)، لضمان التصاق الطبقة المعدنية على جدار الفتحة.

تجنب التآكل المفرط الذي قد يتسبب في جدران فتحات خشنة ويؤثر على تجانس الطلاء.

· تشكيل الشكل:

يتم اعتماد النقش الدقيق باستخدام التحكم العددي بالحاسوب (CNC) أو القطع بالليزر لتجنب القص (الذي قد يتسبب بسهولة في تقشر المواد القائمة على الـPTFE). بعد القطع، يجب صقل الحواف لإزالة الشوائب.

المعادنة والطلاء الكهربائي

· المعالجة الأولية للطلاء بالنحاس:

سطح ركيزة Rogers خامل للغاية (وخاصةً مادة الـPTFE)، لذلك يجب اعتماد عمليات خشنة خاصة (مثل معالجة نفتالين الصوديوم، أو التنقير بالبلازما) لزيادة خشونة السطح لركيزة وتعزيز التصاق طبقة الطلاء النحاسي. تجنب الخشنة المفرطة التي قد تتسبب في تلف سطح الركيزة.

· معايير الطلاء الكهربائي:

عند طلاء النحاس كهربائياً، يجب تقليل كثافة التيار (بنسبة 15٪ أقل من FR-4)، وتمديد زمن الطلاء، وضمان تجانس الطلاء. بالنسبة لتصاميم النحاس السميك (≥2 أوقية)، يتم الطلاء على مراحل يجب اعتماده لمنع تفاوت سمك الطلاء أو حدوث ثقوب دقيقة.

· فحص الطلاء:

التركيز على التحقق من تغطية الطلاء وتماسكه على جدار الثقب. يجب أن يكون تماسك الطلاء على جدار الثقب في لوحات Rogers المصنوعة من مادة PTFE ≥1.5 نيوتن/مم لمنع تقشر الطلاء أثناء الاستخدام اللاحق.

النقش وتصنيع الدوائر

· اختيار محلول النقش:

استخدم محاليل نقش حمضية (مثل نظام كلوريد النحاس) لتجنب محاليل النقش القلوية التي قد تأكل ركائز Rogers (بعض الركائز المعبأة بالسيراميك تمتلك مقاومة ضعيفة للقلويات)؛ أثناء عملية النقش، يجب التحكم بدقة في درجة الحرارة (25 إلى 30 درجة مئوية) وسرعة النقش لمنع حدوث نقش جانبي مفرط، مما قد يؤدي إلى انخفاض دقة الدائرة.

· تعويض الخطوط:

قم بتعيين مقدار تعويض النقش مسبقًا وفقًا لنوع المادة الأساسية (معدل نقش الجوانب لمادة PTFE الأساسية يتراوح تقريبًا بين 8% و10%، وهو أعلى من FR-4) لضمان أن يفي العرض النهائي للخطوط بالتصميم المتطلبات؛ بالنسبة للخطوط الدقيقة (عرض الخط < 0.1 مم)، يجب استخدام معدات تعريض عالية الدقة لتجنب انقطاع الخطوط أو حدوث دوائر قصيرة.

قناع اللحام والمعالجة السطحية

· توافق حبر قناع اللحام:

اختر حبر قناع لحام مقاوم للحرارة العالية (درجة انتقال الزجاج Tg > 150℃) متوافق مع ركائز Rogers لمنع تقشر الحبر بسبب التصاق ضعيف بالركيزة. عند طباعة قناع اللحام، يجب تقليل ضغط المكبس لمنع تسرب الحبر إلى فجوة الدائرة.

· عملية التصلب:

يجب زيادة درجة حرارة التصلب لقناع اللحام تدريجيًا (من 80℃ إلى 150℃ تدريجيًا) لتجنب تشوه الركيزة الناتج عن ارتفاع مفاجئ في درجة الحرارة. تكون مدة التصلب أطول بنسبة 10% إلى 20% مقارنة بـ FR-4 لضمان العلاج الكامل للحبر.

· اختيار معالجة السطح:

يُفضل طلاء الذهب (ENIG) أو طلاء القصدير، وتجنّب تسويط الهواء الساخن (HASL) — حيث يمكن للهواء الساخن عالي الحرارة أن يسبب تشوه ركيزة Rogers، كما أن مواد قاعدة PTFE تمتلك مقاومة حرارية محدودة (درجات حرارة HASL فوق 260℃ يمكن أن تتلف الركيزة بسهولة).

عملية اللamination

· معايير التصفيح:

يجب ضبط درجة حرارة التصفيح والضغط والزمن وفقًا لنوع الركيزة لتجنب تحلل الركيزة بسبب ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أو انفصال الطبقات نتيجة ضغط غير متساوٍ.

· معالجة إزالة الغراء:

قبل التصفيح، يجب خبز الصفيحة شبه المُصلبة (PP) مسبقًا عند درجة حرارة 100℃ لمدة 30 دقيقة لإزالة المواد المتطايرة ومنع تكون الفقاعات أثناء التصفيح. ويجب أن يكون تركيب ركيزة Rogers مع PP متناسقًا من حيث معامل التمدد الحراري لتقليل التشوه بعد التصفيح. متناسقًا من حيث معامل التمدد الحراري لتقليل التشوه بعد التصفيح.

· التحكم في الاستواء:

بعد لصق لوحة الدوائر متعددة الطبقات من نوع روجرز، يجب أن تُضغط وتُثبت عند درجة حرارة منخفضة. ويجب التحكم في معدل التبريد ليكون 5℃/دقيقة لتجنب فرق درجة الحرارة الكبير الذي قد يتسبب في انحناء سطح اللوحة (درجة الانحناء يجب أن تكون ≤0.3%).

الاختبار والتحكم في الجودة

· اختبار الأداء الكهربائي:

التركيز على فحص مقاومة الخط، وفقد الإدخال، ونسبة الموجة الثابتة. واستخدم محلل شبكة لإجراء اختبار شامل ضمن نطاق التردد المصمم لضمان أن الأداء العالي التردد يفي بالمتطلبات المعايير.

· اختبار الموثوقية:

قم باختبارات التعرّض للتغير الحراري واختبارات الرطوبة والحرارة للتحقق من استقرار الربط بين الطبقة الأساسية وطبقة النحاس، وكذلك طبقة الطلاء الواقي من اللحام، لمنع الفشل الناتج عن الشيخوخة البيئية.

· فحص المظهر:

افحص سطح اللوحة بحثًا عن الشقوق، والتقشير، والفقاعات، وحواف الدوائر الناعمة، والشوائب على جدران الثقوب لضمان عدم وجود عيوب ظاهرية واضحة.