Rogers PCB

Was ist Rogers PCB?

Rogers PCB bezeichnet eine Hochleistungs-Leiterplatte, die aus speziellen Laminatmaterialien des amerikanischen Unternehmens Rogers Corporation, einem Unternehmen für fortschrittliche Materialien und Technologie, hergestellt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen FR-4 Leiterplatten, die aus Epoxidharz und Glasfaser bestehen, verwendet sie hauptsächlich Materialien wie Polytetrafluoroethylen (PTFE), keramisch gefüllte Verbundstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische. Sie eignet sich besonders für hochfrequente und hochgeschwindigkeits Elektronikanwendungen und gilt als Maßstab in den entsprechenden Bereichen. Die folgende Aufstellung bietet eine detaillierte Einführung: elektronische Szenarien und ist bekannt als der Maßstab in verwandten Bereichen. Das Folgende ist eine detaillierte Vorstellung:

Kernmaterial-Serien

Herausragende Leistungsvorteile

Geringe Signalverluste:

Die Materialien weisen einen niedrigen Verlustfaktor auf. Bei der Signalübertragung mit Frequenzen über 2 GHz sind die Verluste deutlich geringer als bei herkömmlichen FR-4-Leiterplatten, was die Signalintegrität effektiv sicherstellt.

Stabile dielektrische Eigenschaften:

Die Dielektrizitätskonstante bleibt über einen weiten Bereich von Temperatur und Frequenz hinweg stabil. Dies ermöglicht es Ingenieuren, Schaltungen wie Impedanzanpassungen und Übertragungsleitungen präzise auszulegen.

Starke Umweltanpassungsfähigkeit:

Viele Materialien der Serie weisen eine geringe Wasseraufnahme auf, wodurch ein stabiler Betrieb in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit möglich ist. Gleichzeitig verfügen sie über hohe Glasübergangstemperaturen (im Allgemeinen über 280 °C) und hervorragende thermische Stabilität, die extremen Temperaturschwankungen standhalten können.

Hauptanwendungsgebiete

Telekommunikation:

Es ist ein Kernmaterial für HF-Module von 5G-Basisstationen, Millimeterwellenantennen und Satellitenkommunikationsausrüstung, das die Anforderungen an verlustarme und hochgeschwindigkeits Signalübertragung in Kommunikationssystemen erfüllt.

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung:

Es wird in Radarsystemen, Lenkmodulen von Raketen und elektronischen Geräten für den Weltraum eingesetzt. Seine geringe Ausgasung und Beständigkeit gegenüber rauen Umgebungen ermöglichen den Einsatz unter den komplexen Bedingungen des Weltraums und des Schlachtfelds.

Automobilelektronik:

Es wird in Automotive-Radar, fahrzeugmontierten 5G-Kommunikationsmodulen und Leistungsregelsystemen für neue Energiefahrzeuge eingesetzt und ist beständig gegenüber der hohen Temperatur und starken Vibrationen in Fahrzeugumgebungen.

Test- und Messtechnikgeräte:

Es wird in Hochfrequenzsignalgeneratoren, Vektornetzwerkanalysatoren und anderen Präzisionsgeräten verwendet und gewährleistet so die Genauigkeit und Stabilität der Messergebnisse.

Die von Rogers Materials hergestellte Rogers-Leiterplatte verfügt dank ihrer einzigartigen Substratformel und Leistungsdesign über folgende Kernvorteile gegenüber herkömmlichen FR-4-Leiterplatten und gewöhnlichen Hochfrequenz-Leiterplatten und eignet sich besonders für Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Hochzuverlässigkeits-Anwendungsszenarien:

Hervorragende Hochfrequenz-Signalübertragungsleistung

· Ultraschlechte Dielektrizitätsverluste:

Der Verlustfaktor (Df) von Rogers-Substraten (wie PTFE-basierten, keramisch gefüllten Verbundwerkstoffen) ist extrem niedrig (normalerweise < 0,0025@10 GHz), deutlich niedriger als der von FR-4 (Df ≈ 0,02@10 GHz), und die Signal dämpfung ist im Hochfrequenzbereich oberhalb von 2 GHz erheblich reduziert effektiv sicherstellen die Signalintegrität in 5G-, Millimeterwellen- und Mikrowellenkommunikation, um Datenverzerrungen oder einen Rückgang der Übertragungseffizienz zu verhindern.

· Stabiler Dielektrizitätskonstante (Dk):

Die Dielektrizitätskonstante schwankt äußerst geringfügig mit der Temperatur (-55 ℃ bis 125 ℃) und der Frequenz (Schwankungsbereich < ±2 %). Ingenieure können präzise Impedanzanpassungen und übertragungsleitungen (wie Mikrostreifenleitungen und streifenleitungen) entwerfen, um die Konsistenz der HF-Schaltkreis-Leistung sicherzustellen. Besonders geeignet für Anwendungen mit strengen Anforderungen an die Impedanzgenauigkeit, wie Radar- und Satelliten kommunikation.

Hervorragende thermische Stabilität und Umweltbeständigkeit

· Hohe Glasübergangstemperatur (Tg): Die meisten Rogers-Substrate weisen ein Tg über 280 °C auf (einige Produkte, wie RO4350B, haben ein Tg von 280 °C, während RT5880 keinen deutlichen Knickpunkt aufweist), was deutlich höher ist als bei FR-4 (Tg ≈ 130 °C). Sie verformen oder erweichen nicht unter Hochtemperaturbedingungen und können hohen Löttemperaturen (260 °C) sowie langfristigen Hochtemperatur-Betriebsumgebungen standhalten.

· Geringe Wasseraufnahme:

Die Wasseraufnahme des Substrats beträgt weniger als 0,03 % (die Wasseraufnahme von FR-4 ≈ 0,15 %), wodurch keine Leistungseinbußen in feuchten Umgebungen (wie z. B. in maritimen Anwendungen und Außensendern) auftreten, und die Verschlechterung der dielektrischen Eigenschaften oder die Korrosion von Leitungen durch Feuchtigkeitsaufnahme vermieden wird, wodurch die Lebensdauer der Leiterplatte verlängert wird.

· Beständigkeit gegenüber rauen Umgebungen:

Beständig gegen Strahlung und chemische Korrosion, geeignet für besondere Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt (Weltraumstrahlung) und industrielle Steuerung (saure und alkalische Umgebungen), und mit geringer entgasung (gemäß NASA-Normen), setzt es keine flüchtigen Stoffe frei, die Präzisionsbauteile verunreinigen könnten. es werden keine flüchtigen Substanzen freigesetzt, die empfindliche Bauteile kontaminieren könnten.

Hervorragende mechanische und verarbeitungstechnische Eigenschaften

· Hohe Dimensionsstabilität:

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) des Trägers passt gut zum Kupferfolienmaterial (CTE auf der X/Y-Achse ≈14 ppm/℃ und auf der Z-Achse ≈60 ppm/℃). Die Verzugverformung der Leiterplatte ist äußerst gering nach hochtemperaturbeständigem Löten oder temperaturwechseln, wodurch das Risiko von Lötfehlern an Bauelementen verringert wird. Besonders geeignet für hochdichte Gehäuseformen wie BGA und Flip-Chip.

· Kompatibel mit herkömmlichen Leiterplatten-Prozessen:

Standard-PCB-Fertigungsverfahren (Ätzen, Bohren, Metallisierung, Löten) können ohne spezielle Ausrüstung angewendet werden, und sie unterstützen Dickschichtkupfer (≥2 oz) und Multilayer-Platinenkonstruktionen, wodurch Leistungsfähigkeit und Herstellbarkeit ausgeglichen sowie die Schwierigkeit der Massenproduktion verringert werden. ausgeglichen sowie die Schwierigkeit der Massenproduktion verringert werden. ausgeglichen sowie die Schwierigkeit der Massenproduktion verringert werden.

Anpassung an hohe Leistungs- und Integrationsanforderungen

· Hervorragende Wärmeleitfähigkeit:

Keramikgefüllte Rogers-Substrate (wie RO3003) weisen eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 0,6 W/(m·K) auf, was höher ist als bei FR-4 (0,3 W/(m·K)). Sie können die von Hochfrequenz-Bauelementen mit hoher Leistung erzeugte Wärme schnell ableiten und lokales Überhitzen sowie Leistungseinbußen verhindern. und lokales Überhitzen sowie Leistungseinbußen verhindern.

· Unterstützung integrierter passiver Bauelemente:

Einige Rogers-Substrate (wie die LTCC-kompatible Serie) können mit passiven Bauelementen (Widerstände, Kondensatoren) integriert werden, wodurch die Anzahl externer Bauteile reduziert wird, die Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von Leiterplatten erzielend und geeignet für anwendungen mit beengten Platzverhältnissen wie Drohnen und fahrzeugmontierte Radare.

Der durch den geringen Verlustfaktor erzielte Vorteil hinsichtlich der Energieeffizienz

In HF-Leistungsverstärkern und Basisstation-Übertragungsmodulen kann ein extrem geringer dielektrischer Verlust die Energieverluste während der Signalübertragung reduzieren, das Wirkungsgradverhältnis der Geräte verbessern, den Gesamtenergieverbrauch der maschine senken und gleichzeitig die Wärmeentwicklung verringern, wodurch das Kühlkonzept weiter optimiert wird.

Aufgrund der erheblichen Unterschiede in den Substrat-Eigenschaften zwischen Rogers-Leiterplatten und herkömmlichen FR-4-Leiterplatten ist bei der Herstellung eine gezielte Steuerung der Prozessdetails erforderlich. Die wichtigsten zu beachtenden Punkte sind wie folgt:

Substratbehandlung und Lagerung

· Lagerbedingungen:

Rogers-Basiswerkstoffe (insbesondere PTFE-Basiswerkstoffe) neigen zur Feuchtigkeitsaufnahme und sollten in einer Umgebung mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit gelagert werden (Temperatur 20–25 °C, Luftfeuchtigkeit < 50 %). wenn sie nach dem Öffnen nicht umgehend verwendet werden, sollten sie vakuumverpackt und versiegelt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die beim Löten zu Blasenbildung und Delamination führen könnte.

· Schneiden des Basiswerkstoffs:

Zum Schneiden sollten spezielle Hartmetallwerkzeuge verwendet werden, um Kantenausbrüche am Basiswerkstoff zu vermeiden (PTFE-Basiswerkstoff weist eine geringe Zähigkeit auf). Nach dem Schneiden ist das entstandene Kantenmaterial gründlich zu entfernen, um zu verhindern, dass die Oberfläche der Leiterplatte in späteren Bearbeitungsschritten verkratzt wird. brettfläche während der anschließenden Verarbeitung.

· Oberflächenreinigung:

Verwenden Sie keine starken, korrosiven Reinigungsmittel auf der Substratoberfläche. Zum Abwischen von Ölverschmutzungen oder Staub wird Isopropylalkohol empfohlen, um Verunreinigungen zu vermeiden, die die Haftfestigkeit des Kupfers beeinträchtigen könnten beschichtung angewendet wird.

Bohr- und Formprozess

· Bohrparameter:

PTFE-basiertes Rogers-Material weist eine hohe Härte und schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Beim Bohren sollten diamantbeschichtete Bohrer verwendet werden. Die Drehzahl sollte reduziert werden (20 % bis 30 % niedriger als bei FR-4), die vorschubgeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig die Kühlung verbessert werden (mit wasserlöslichem Kühlmittel), um Bohrerverschleiß oder Ablation des Basismaterials zu verhindern. Bei substraten mit Aluminiumnitrid-Füllung ist darauf zu achten, dass beim bohren keine Mikrorisse entstehen. Es kann ein schrittweises Bohrverfahren angewandt werden.

· Behandlung der Bohrlochwände:

Nach dem Bohren ist eine Plasma-Reinigung oder chemisches Ätzen erforderlich, um Rückstände von Substratmaterial an den Bohrlochwänden zu entfernen (PTFE-Rückstände sind schwer zu entfernen), um die Haftung der Metallisierung an den Bohrlochwänden sicherzustellen.

Vermeiden Sie übermäßiges Ätzen, das zu rauen Bohrlochwänden führen und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinträchtigen kann.

· Formgebung:

Es wird präzises CNC-Fräsen oder Laserschneiden verwendet, um Stanzen zu vermeiden (das leicht zur Entladung von PTFE-basierten Materialien führen kann). Nach dem Schneiden müssen die Kanten geschliffen werden, um Grate zu entfernen.

Metallisierung und Galvanik

· Vorbehandlung für Kupferbeschichtung:

Die Oberfläche des Rogers-Substrats ist sehr inert (insbesondere PTFE), daher sind spezielle Rauhmachungsverfahren (wie Natriumnaphthalin-Behandlung, Plasmaätzen) erforderlich, um die Oberflächenrauheit des Substrats zu erhöhen und die Haftung der Kupferschicht zu verbessern. vermeiden Sie übermäßige Rauhmachung, die zu Beschädigungen der Substratoberfläche führen kann.

· Galvanische Parameter:

Bei der Kupfergalvanik muss die Stromdichte verringert werden (15 % niedriger als bei FR-4), die Galvanikzeit verlängert werden, und die Beschichtung gleichmäßig sein. Bei Dickschicht-Konstruktionen (≥2 Unzen), abschnittsweise Galvanik sollte angewendet werden, um eine ungleichmäßige Schichtdicke oder Poren zu vermeiden.

· Beschichtungsprüfung:

Konzentrieren Sie sich auf die Überprüfung der Abdeckung und Haftung der Beschichtung an der Bohrlochwand. Die Haftung der Beschichtung an der Bohrlochwand von PTFE-basierten Rogers-Leiterplatten sollte ≥1,5 N/mm betragen, um ein Abblättern der Beschichtung während der späteren Nutzung zu verhindern.

Ätzen und Leiterbahnherstellung

· Auswahl des Ätzmittels:

Saure Ätzmittel (wie Kupferchlorid-System) verwenden, um zu verhindern, dass alkalische Ätzmittel die Rogers-Substrate angreifen (einige keramikgefüllte Substrate weisen eine geringe Alkalibeständigkeit auf); Während des Ätzprozesses müssen Temperatur (25 bis 30 °C) und Ätzgeschwindigkeit streng kontrolliert werden, um übermäßiges Seitenätzen zu vermeiden, das zu einer Verringerung der Genauigkeit der Leiterbahnen führen könnte.

· Leiterbahnkompensation:

Legen Sie den Ätzkompensationsbetrag gemäß der Basismaterialart vor (die Seitenätzrate von PTFE-Basismaterial beträgt etwa 8 % bis 10 % und ist damit höher als bei FR-4), um sicherzustellen, dass die endgültige Leiterbahnbreite den Konstruktionsvorgaben entspricht entspricht; Bei feinen Leiterbahnen (Leiterbahnbreite < 0,1 mm) sollte eine hochpräzise Belichtungsausrüstung verwendet werden, um Unterbrechungen oder Kurzschlüsse zu vermeiden.

Lötstopplack und Oberflächenbehandlung

· Verträglichkeit von Lötstopplackfarbe:

Wählen Sie einen temperaturbeständigen Lötstopplack (Tg > 150 °C), der mit Rogers-Substraten kompatibel ist, um ein Abblättern der Farbe aufgrund schlechter Haftung auf dem Substrat zu verhindern. Beim Aufdruck des Lötstopplacks sollte der Druck des Rakels verringert werden, um ein Eindringen der Farbe in die Zwischenräume der Leiterbahnen zu verhindern.

· Aushärtungsverfahren:

Die Aushärtungstemperatur für den Lötstopplack sollte schrittweise erhöht werden (allmählich von 80 °C auf 150 °C), um eine Verformung des Substrats durch plötzlichen Temperaturanstieg zu vermeiden. Die Aushärtezeit ist um 10 % bis 20 % länger als bei FR-4. um eine vollständige Aushärtung der Tinte sicherzustellen.

· Oberflächenbehandlungsauswahl:

Vorzugsweise Goldplattierung (ENIG) oder Zinnplattierung verwenden und Hot-Air-Flachhaltung (HASL) vermeiden – heiße Luft mit hoher Temperatur kann dazu führen, dass das Rogers-Substrat verzieht, und PTFE-Basismaterialien weisen eine begrenzte Wärmebeständigkeit auf (HASL-Temperaturen über 260 °C können das Substrat leicht beschädigen).

Laminierprozess

· Laminierparameter:

Laminierungstemperatur, -druck und -zeit entsprechend der Substratart einstellen, um eine Zersetzung des Substrats durch zu hohe Temperaturen oder eine Delamination durch ungleichmäßigen Druck zu vermeiden.

· Entklebung:

Vor dem Laminieren muss das vorgehärtete Prepreg (PP) 30 Minuten lang bei 100 °C vorgebacken werden, um flüchtige Stoffe zu entfernen und die Bildung von Blasen während des Laminierens zu verhindern. Die Kombination aus Rogers-Substrat und PP muss den Wärmeausdehnungskoeffizienten abstimmen, um Verzug nach dem Laminieren zu reduzieren.

· Flachheitskontrolle:

Nachdem die mehrschichtige Rogers-PCB laminiert wurde, muss sie kaltgepresst und gehärtet werden. Die Abkühlrate sollte bei 5℃/min kontrolliert werden, um eine übermäßige Temperaturdifferenz zu vermeiden, die eine Verwölbung der Plattenoberfläche verursachen könnte (der Verwölbungsgrad sollte ≤0,3 % betragen).

Prüfung und Qualitätskontrolle

· Elektrische Leistungstests:

Konzentrieren Sie sich auf die Prüfung der Leitungsimpedanz, Einfügungsdämpfung und Stehwellenverhältnis. Führen Sie mit einem Netzwerkanalysator eine Vollbereichsprüfung innerhalb des konstruierten Frequenzbands durch, um sicherzustellen, dass die Hochfrequenzleistung die standards.

· Zuverlässigkeitstests:

Führen Sie Temperaturwechseltests und Feuchte-Wärme-Tests durch, um die Haftstabilität zwischen Substrat und Kupferschicht sowie der Lackschicht zu überprüfen und Ausfälle durch Umweltalterung zu vermeiden.

· Optische Inspektion:

Überprüfen Sie die Plattenoberfläche auf Risse, Delamination, Blasen, glatte Kanten der Leiterbahnen und Grate an den Lochwänden, um sicherzustellen, dass keine offensichtlichen optischen Mängel vorhanden sind.