PCB Rogers

Τι είναι το Rogers PCB;

PCB Rogers αναφέρεται σε πλακέτα υψηλής απόδοσης που κατασκευάζεται με ειδικά υλικά επιστρώσεων που παράγονται από την Rogers Corporation, μια αμερικανική εταιρεία προηγμένων υλικών και τεχνολογίας. Σε αντίθεση με τα συμβατικά FR-4 PCB που κατασκευάζονται από εποξειδική ρητίνη και γυαλί, χρησιμοποιεί κυρίως υλικά όπως πολυτετραφθοριούχο αιθυλένιο (PTFE), κεραμικά ενισχυμένα σύνθετα ή υδρογονάνθρακες. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας ηλεκτρονικές εφαρμογές και θεωρούνται πρότυπο στους σχετικούς τομείς. Παρακάτω ακολουθεί λεπτομερής εισαγωγή:

Σειρά βασικών υλικών

Εξαιρετικά Πλεονεκτήματα Απόδοσης

Χαμηλές απώλειες σήματος:

Τα υλικά του έχουν χαμηλό συντελεστή απώλειας. Όταν τα σήματα μεταδίδονται σε συχνότητες πάνω από 2 GHz, οι απώλειες είναι πολύ χαμηλότερες από εκείνες των παραδοσιακών PCB FR-4, γεγονός που διασφαλίζει αποτελεσματικά την ακεραιότητα του σήματος.

Σταθερές διηλεκτρικές ιδιότητες:

Η διηλεκτρική σταθερά παραμένει σταθερή σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και συχνοτήτων. Αυτό επιτρέπει στους μηχανικούς να σχεδιάζουν με ακρίβεια κυκλώματα, όπως αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης και γραμμές μετάδοσης.

Ισχυρή Αναπτυξιακή Ικανότητα Προς το Περιβάλλον:

Πολλά υλικά της σειράς του έχουν χαμηλή υγρασία απορρόφησης, επιτρέποντας σταθερή λειτουργία σε περιβάλλοντα υψηλής υγρασίας. Παράλληλα, διαθέτουν υψηλές θερμοκρασίες μετάβασης γυαλιού (γενικά πάνω από 280°C) και εξαιρετική θερμική σταθερότητα, η οποία μπορεί να ανεχθεί ακραίες μεταβολές θερμοκρασίας.

Κύριοι τομείς εφαρμογής

Τηλεπικοινωνίες:

Είναι ένα βασικό υλικό για RF μονάδες σταθμών βάσης 5G, κεραίες χιλιοστομέτρου κύματος και εξοπλισμό δορυφορικής επικοινωνίας, το οποίο καλύπτει τη ζήτηση για μετάδοση σήματος χαμηλών απωλειών και υψηλής ταχύτητας σε συστήματα επικοινωνίας.

Αεροδιαστημική και Άμυνα:

Εφαρμόζεται σε συστήματα ραντάρ, μονάδες καθοδήγησης πυραύλων και ηλεκτρονικό εξοπλισμό που φέρεται στο διάστημα. Η χαμηλή του εκπομπή αερίων και η αντοχή του σε δυσμενείς συνθήκες του επιτρέπουν να προσαρμόζεται στις πολύπλοκες συνθήκες του διαστήματος και του πεδίου μάχης.

Ηλεκτρονικά αυτοκινήτου:

Χρησιμοποιείται σε αυτοκινητικά ραντάρ, μονάδες επικοινωνίας 5G για οχήματα και συστήματα ελέγχου ισχύος οχημάτων νέας ενέργειας, τα οποία μπορούν να αντέξουν το περιβάλλον εργασίας υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής ταλάντωσης στα οχήματα.

Όργανα Δοκιμής και Μέτρησης:

Χρησιμοποιείται σε γεννήτριες υψίσυχνων σημάτων, αναλυτές διανυσματικών δικτύων και άλλα ακριβή όργανα, τα οποία εξασφαλίζουν την ακρίβεια και τη σταθερότητα των μετρήσεων των οργάνων.

Η πλακέτα κυκλώματος rogers, που κατασκευάζεται από την Rogers Materials, με τον μοναδικό τύπο υποστρώματος και το σχεδιασμό απόδοσης, διαθέτει τα εξής βασικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πλακέτες FR-4 και τις συνηθισμένες πλακέτες υψηλής συχνότητας, γεγονός που την καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής συχνότητας, υψηλής ταχύτητας και υψηλής αξιοπιστίας:

Απόλυτη απόδοση μετάδοσης σημάτων υψηλής συχνότητας

· Εξαιρετικά χαμηλές απώλειες διηλεκτρικού:

Ο παράγοντας απωλειών (Df) των υποστρωμάτων Rogers (όπως PTFE με βάση, κεραμικά ενισχυμένα σύνθετα) είναι εξαιρετικά χαμηλός (συνήθως < 0,0025@10GHz), πολύ χαμηλότερος από αυτόν του FR-4 (Df≈0,02@10GHz), και η εξασθένιση σήματος μειώνεται σημαντικά στη ζώνη υψηλής συχνότητας πάνω από 2 GHz. Διασφαλίζει αποτελεσματικά την ακεραιότητα του σήματος στις επικοινωνίες 5G, στο χιλιοστομετρικό κύμα και στις μικροκυματικές επικοινωνίες, αποτρέποντας τη διαστρέβλωση δεδομένων ή τη μείωση της αποδοτικότητας μετάδοσης.

· Σταθερή διηλεκτρική σταθερά (Dk):

Η διηλεκτρική σταθερά μεταβάλλεται ελάχιστα με τη θερμοκρασία (-55℃ έως 125℃) και τη συχνότητα (περιοχή μεταβολής < ±2%). Οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάζουν με ακρίβεια την προσαρμογή σύνθετης αντίστασης και γραμμές μετάδοσης (όπως γραμμές microstrip και γραμμές stripline), διασφαλίζοντας τη συνέπεια της απόδοσης των RF κυκλωμάτων. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για σενάρια με αυστηρές απαιτήσεις ως προς την ακρίβεια της σύνθετης αντίστασης, όπως στα ραντάρ και τις δορυφορικές επικοινωνίες.

Εξαιρετική θερμική σταθερότητα και περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα

· Υψηλή θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού (Tg): Τα περισσότερα υποστρώματα Rogers έχουν Tg πάνω από 280℃ (κάποια προϊόντα, όπως το RO4350B, έχουν Tg 280℃, ενώ το RT5880 δεν έχει ξεκάθαρο σημείο καμπής), η οποία είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του FR-4 (Tg≈130℃). Δεν μαλακώνουν ούτε παραμορφώνονται σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες συγκόλλησης (260℃) και σε περιβάλλοντα μακροχρόνιας λειτουργίας σε υψηλή θερμοκρασία.

· Χαμηλός ρυθμός απορρόφησης υγρασίας:

Ο ρυθμός απορρόφησης νερού του υποστρώματος είναι μικρότερος του 0,03% (ο ρυθμός απορρόφησης νερού του FR-4 ≈0,15%), και δεν υπάρχει μείωση της απόδοσης σε περιβάλλοντα υψηλής υγρασίας (όπως σε θαλάσσιες και εξωτερικές βάσεις σταθμούς), αποφεύγοντας την επιδείνωση των διηλεκτρικών ιδιοτήτων ή τη διάβρωση των γραμμών λόγω απορρόφησης υγρασίας, και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του PCB.

· Αντοχή σε δύσκολα περιβάλλοντα:

Ανθεκτικό σε ακτινοβολία και χημική διάβρωση, κατάλληλο για ειδικά σενάρια όπως αεροδιαστημική (διαστημική ακτινοβολία) και βιομηχανικός έλεγχος (οξυγαλή και αλκαλικά περιβάλλοντα), και με χαμηλή εκκένωση (σύμφωνα με τα πρότυπα της NASA), δεν εκλύει πτητικές ουσίες που μπορούν να μολύνουν ακριβείς εξαρτήματα.

Εξαιρετική μηχανική και επεξεργασία απόδοση

· Υψηλή διαστατική σταθερότητα:

Ο συντελεστής θερμικής διαστολής (CTE) του υποστρώματος ταιριάζει καλά με αυτόν του φύλλου χαλκού (CTE στον άξονα X/Y ≈14ppm/℃ και στον άξονα Z ≈60ppm/℃). Η παραμόρφωση του PCB είναι εξαιρετικά χαμηλή μετά από συγκόλληση υψηλής θερμοκρασίας ή κύκλους θερμοκρασίας, μειώνοντας τον κίνδυνο αποτυχίας συγκόλλησης της συσκευής. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για υψηλής πυκνότητας συσκευασία, όπως BGA και flip-chip.

· Συμβατό με συμβατικές διεργασίες PCB:

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν τυπικές διαδικασίες κατασκευής PCB (προσβολή, τρύπημα, μεταλλώση, συγκόλληση) χωρίς ειδικό εξοπλισμό, και υποστηρίζει παχύ χαλκό (≥2oz) και πολυ- στρωματικούς σχεδιασμούς, εξισορροπώντας υψηλή απόδοση και εφικτότητα διεργασίας και μειώνοντας τη δυσκολία μαζικής παραγωγής.

Προσαρμογή σε απαιτήσεις υψηλής ισχύος και ενσωμάτωσης

· Άριστη θερμική αγωγιμότητα:

Τα υποστρώματα Rogers με κεραμικά γεμίσματα (όπως το RO3003) έχουν θερμική αγωγιμότητα έως 0,6 W/(m·K), η οποία είναι υψηλότερη από αυτή του FR-4 (0,3 W/(m·K)). Μπορούν να αγωγούν γρήγορα τη θερμότητα που παράγονται από συσκευές υψηλής ισχύος RF, αποτρέποντας την τοπική υπερθέρμανση και την επιδείνωση της απόδοσης.

· Υποστήριξη ενσωματωμένων παθητικών εξαρτημάτων:

Ορισμένα υποστρώματα Rogers (όπως η σειρά συμβατή με LTCC) μπορούν να ενσωματωθούν με παθητικά εξαρτήματα (αντιστάσεις, πυκνωτές), μειώνοντας τον αριθμό των εξωτερικών εξαρτημάτων, επιτυγχάνοντας μείωση του μεγέθους και του βάρους του PCB, και είναι κατάλληλα για εφαρμογές με περιορισμένο χώρο, όπως drones και ραντάρ οχημάτων.

Το πλεονέκτημα ενεργειακής απόδοσης που προσφέρει ο χαμηλός παράγοντας απωλειών

Σε ενισχυτές ισχύος RF και μονάδες μετάδοσης βάσης, ο εξαιρετικά χαμηλός διηλεκτρικός παράγοντας απωλειών μπορεί να μειώσει τις απώλειες ενέργειας κατά τη μετάδοση του σήματος, να βελτιώσει τον λόγο ενεργειακής απόδοσης του εξοπλισμού, να μειώσει τη συνολική κατανάλωση ισχύος της μηχανής, και ταυτόχρονα να μειώσει την παραγωγή θερμότητας, βελτιστοποιώντας περαιτέρω το σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας.

Λόγω των σημαντικών διαφορών στα χαρακτηριστικά του υποστρώματος μεταξύ των πλακετών rogers pcb και των παραδοσιακών FR-4 PCBS, η διαδικασία κατασκευής απαιτεί εξειδικευμένο έλεγχο των λεπτομερειών της διαδικασίας. Τα βασικά σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι τα εξής:

Επεξεργασία και αποθήκευση υποστρώματος

· Συνθήκες αποθήκευσης:

Τα υλικά βάσης Rogers (ειδικά τα υλικά βάσης PTFE) έχουν την τάση να απορροφούν υγρασία και θα πρέπει να αποθηκεύονται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας και υγρασίας (θερμοκρασία 20~25℃, υγρασία < 50%). Εάν δεν χρησιμοποιηθούν άμεσα μετά το άνοιγμα, θα πρέπει να συσκευάζονται υπό κενό και να σφραγίζονται για να αποφεύγεται η υγρασία, η οποία μπορεί να προκαλέσει φυσαλίδες και αποφλοιώσεις κατά τη συγκόλληση.

· Κοπή υλικού βάσης:

Χρησιμοποιήστε εξειδικευμένα εργαλεία σκληρού κράματος για το κόψιμο, προκειμένου να αποφευχθεί η ρωγμάτωση των άκρων του βασικού υλικού (το βασικό υλικό PTFE έχει χαμηλή αντοχή). Μετά το κόψιμο, πρέπει να καθαριστούν τα υπολείμματα από τα άκρα, ώστε να αποφευχθεί η γρατσουνιά στην επιφάνεια του πίνακα κατά τη διάρκεια της επόμενης επεξεργασίας.

· Καθαρισμός επιφάνειας:

Μην χρησιμοποιείτε ισχυρούς διαβρωτικούς καθαριστικούς παράγοντες στην επιφάνεια του υποστρώματος. Προτιμάται η χρήση ισοπροπυλικής αλκοόλης για το σκούπισμα, προκειμένου να αφαιρεθούν λιπαρές ακαθαρσίες ή σκόνη, αποφεύγοντας μόλυνση που θα μπορούσε να επηρεάσει τη δύναμη σύνδεσης του χαλκού στρώση.

Διαδικασία διάτρησης και διαμόρφωσης

· Παράμετροι διάτρησης:

Το υλικό Rogers με βάση το PTFE έχει υψηλή σκληρότητα και χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Κατά τη διάτρηση, πρέπει να επιλέγονται δράπανα επικαλυμμένα με διαμάντι. Μειώστε την ταχύτητα περιστροφής (20% έως 30% χαμηλότερη από το FR-4), αυξήστε το ποσοστό προώθησης και ταυτόχρονα ενισχύστε την ψύξη (χρησιμοποιώντας υδατοδιαλυτό ψυκτικό), προκειμένου να αποφευχθεί η φθορά του δράπανου ή η αφαίρεση του βασικού υλικού. Για υποστρώματα εμπλουτισμένα με νιτρίδιο αλουμινίου, είναι απαραίτητο να αποφεύγεται η δημιουργία μικρορωγμών κατά τη γέννηση. Μπορεί να υιοθετηθεί μια μέθοδος γέννησης βήμα-βήμα.

· Επεξεργασία τοιχώματος οπής:

Μετά τη γέννηση, απαιτείται πλασματικός καθαρισμός ή χημική προσβολή για την αφαίρεση των υπολειμμάτων υποστρώματος από το τοίχωμα της οπής (τα υπολείμματα PTFE είναι δύσκολο να αφαιρεθούν), διασφαλίζοντας τη συνάφεια της μεταλλώσεως στο τοίχωμα της οπής.

Αποφύγετε υπερβολική προσβολή που ενδέχεται να προκαλέσει τραχιά τοιχώματα οπών και να επηρεάσει την ομοιομορφία της επίστρωσης.

· Διαμόρφωση σχήματος:

Εφαρμόζεται ακριβής χάραξη CNC ή κοπή με λέιζερ για να αποφευχθεί η διάτρηση (η οποία μπορεί εύκολα να προκαλέσει αποφλοίωση σε υλικά βάσης PTFE). Μετά την κοπή, οι άκρες πρέπει να τριφτούν για αφαίρεση ακαμψίας.

Μετάλλωση και ηλεκτροπλακένιωση

· Προεπεξεργασία χαλκοπλακένιωσης:

Η επιφάνεια του υποστρώματος Rogers είναι εξαιρετικά αδρανής (ειδικά το PTFE), επομένως απαιτείται η χρήση ειδικών διεργασιών τραχύνσης (όπως επεξεργασία με ναφθάλινο νάτριο, πλασματική προσβολή) για την αύξηση της επιφανειακής τραχύτητα του υποστρώματος και βελτίωση της συνάφειας του επιχαλκωμένου στρώματος. Αποφύγετε υπερβολική τραχύνση που μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην επιφάνεια του υποστρώματος.

· Παράμετροι ηλεκτροπλασίωσης:

Κατά την ηλεκτροπλασίωση χαλκού, πρέπει να μειωθεί η πυκνότητα ρεύματος (15% χαμηλότερη από FR-4), να παραταθεί ο χρόνος πλασίωσης και το επίχρισμα πρέπει να είναι ομοιόμορφο. Για σχεδιασμούς με παχύ χαλκό (≥2oz), πρέπει να εφαρμόζεται τμηματική ηλεκτροπλασίωση ώστε να αποφεύγεται η ανομοιόμορφη πάχος επικάλυψης ή η δημιουργία τρυπών.

· Έλεγχος επικάλυψης:

Επικεντρωθείτε στον έλεγχο της κάλυψης και της συνάφειας του επιχρίσματος στο τοίχωμα της οπής. Η συνάφεια του επιχρίσματος στο τοίχωμα της οπής σε Rogers PCBs με βάση PTFE πρέπει να είναι ≥1,5 N/mm για να αποφεύγεται η αποκόλληση του επιχρίσματος κατά τη μετέπειτα χρήση.

Έκπλαση και κατασκευή κυκλώματος

· Επιλογή διαλύματος έκπλασης:

Χρησιμοποιήστε όξινα πρόσθετα εκχύλισης (όπως το σύστημα χλωριούχου χαλκού) για να αποφύγετε τη διάβρωση των υποστρωμάτων Rogers από αλκαλικά διαλύματα εκχύλισης (ορισμένα υποστρώματα με κεραμική πλήρωση έχουν χαμηλή αντίσταση στα αλκάλια). Κατά τη διαδικασία εκχύλισης, η θερμοκρασία (25 έως 30℃) και η ταχύτητα εκχύλισης πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να αποφευχθεί υπερβολική πλευρική εκχύλιση, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει σε μείωση της ακρίβειας του κυκλώματος.

· Αντιστάθμιση γραμμής:

Προκαθορίστε το ποσό αντιστάθμισης εκχύλισης σύμφωνα με τον τύπο του βασικού υλικού (ο ρυθμός πλευρικής εκχύλισης του βασικού υλικού PTFE είναι περίπου 8% έως 10%, υψηλότερος από το FR-4) για να διασφαλιστεί ότι το τελικό πλάτος γραμμής πληροί τις προδιαγραφές σχεδιασμού · Για λεπτές γραμμές (πλάτος γραμμής < 0,1 mm), πρέπει να χρησιμοποιείται εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας για την έκθεση, ώστε να αποφεύγονται σπασμένες γραμμές ή βραχυκυκλώματα.

Μάσκα κολλαδιού και επιφανειακή επεξεργασία

· Συμβατότητα μελανιού μάσκας κολλαδιού:

Επιλέξτε μελάνι μάσκας συγκόλλησης ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες (Tg > 150℃) που είναι συμβατό με υποστρώματα Rogers, για να αποφύγετε τον αποχρωματισμό του μελανιού λόγω κακής πρόσφυσης στο υπόστρωμα. Κατά την εκτύπωση της μάσκας συγκόλλησης, η πίεση της λεπίδας θα πρέπει να μειωθεί για να αποφευχθεί η διείσδυση του μελανιού στο κενό του κυκλώματος.

· Διαδικασία στεγνώματος:

Η θερμοκρασία στεγνώματος για τη μάσκα συγκόλλησης θα πρέπει να αυξάνεται βαθμιαία (από 80℃ έως 150℃ σταδιακά), για να αποφευχθεί η παραμόρφωση του υποστρώματος λόγω αιφνίδιας αύξησης της θερμοκρασίας. Ο χρόνος στεγνώματος είναι 10% έως 20% μεγαλύτερος από εκείνον του FR-4 για να εξασφαλιστεί η πλήρης στέγνωση του μελανιού.

· Επιλογή επιφανειακής επεξεργασίας:

Να προτιμάται η επιχρύσωση (ENIG) ή η επικασσίτωση, και να αποφεύγεται η επίπεδη θερμασία με ζεστό αέρα (HASL) - ο ζεστός αέρας υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει στρέβλωση του υποστρώματος Rogers, ενώ τα υλικά με βάση PTFE έχουν περιορισμένη αντοχή στη θερμότητα (οι θερμοκρασίες HASL πάνω από 260℃ μπορούν εύκολα να καταστρέψουν το υπόστρωμα).

Διαδικασία Λαμελώσεων

· Παράμετροι συγκόλλησης στρώσεων:

Ρυθμίστε τη θερμοκρασία, την πίεση και τη διάρκεια επίστρωσης σύμφωνα με τον τύπο του υποστρώματος για να αποφευχθεί η διάσπαση του υποστρώματος λόγω υπερβολικά υψηλής θερμοκρασίας ή η αποφλοίωση λόγω ανομοιόμορφης πίεσης.

· Επεξεργασία αφαίρεσης κόλλας:

Πριν από την επίστρωση, το προ-σκληρυμένο φύλλο (PP) πρέπει να προ-ψηθεί στους 100℃ για 30 λεπτά για να αφαιρεθούν πτητικές ουσίες και να αποτραπεί η δημιουργία φυσαλίδων κατά τη διάρκεια της επίστρωσης. Ο συνδυασμός υποστρώματος Rogers και PP πρέπει να ταιριάζει με τον συντελεστή θερμικής διαστολής για να μειωθεί η παραμόρφωση μετά την επίστρωση.

· Έλεγχος επιπεδότητας:

Μετά την επίστρωση του πολυστρωματικού PCB Rogers, πρέπει να υποστεί ψυχρή συμπίεση και σταθεροποίηση. Ο ρυθμός ψύξης πρέπει να ελέγχεται στους 5℃/min για να αποφευχθεί η υπερβολική διαφορά θερμοκρασίας που προκαλεί παραμόρφωση της επιφάνειας της πλακέτας (ο βαθμός παραμόρφωσης πρέπει να είναι ≤0,3%).

Δοκιμασία και Έλεγχος Ποιότητας

· Δοκιμή ηλεκτρικών χαρακτηριστικών:

Επικεντρωθείτε στον έλεγχο της αντίστασης γραμμής, της απώλειας εισαγωγής και του λόγου στάσιμου κύματος. Χρησιμοποιήστε αναλυτή δικτύου για να πραγματοποιήσετε δοκιμές σε όλο το εύρος συχνοτήτων που έχει σχεδιαστεί, ώστε να διασφαλίσετε ότι η υψίσυχνη απόδοση πληροί τις πρότυπα ποιότητας.

· Δοκιμές αξιοπιστίας:

Πραγματοποιήστε δοκιμές θερμικής κυκλικότητας και δοκιμές υγρασίας-θερμότητας για να επαληθεύσετε τη σταθερότητα της σύνδεσης μεταξύ του υποστρώματος και του στρώματος χαλκού, καθώς και του στρώματος προστασίας κολλαδιού, προκειμένου να αποφευχθούν βλάβες λόγω γήρανσης από το περιβάλλον.

· Έλεγχος εμφάνισης:

Ελέγξτε την επιφάνεια της πλακέτας για ρωγμές, αποφλοιώσεις, φυσαλίδες, λείες άκρες των κυκλωμάτων και ακμές στα τοιχώματα των οπών, ώστε να διασφαλίσετε ότι δεν υπάρχουν προφανή ελαττώματα εμφάνισης.