PCB Rogers

¿Qué es Rogers PCB?

PCB Rogers hace referencia a un circuito impreso de alto rendimiento fabricado utilizando materiales laminados especializados producidos por Rogers Corporation, una empresa estadounidense de materiales y tecnologías avanzadas. A diferencia de los convencionales FR-4 PCB fabricados con resina epoxi y fibra de vidrio, este principalmente adopta materiales como politetrafluoroetileno (PTFE), compuestos rellenos con cerámica o mezclas de hidrocarburos. Es especialmente adecuado para aplicaciones electrónicas de alta frecuencia y alta velocidad y es conocido como el referente en los campos relacionados. A continuación se presenta una introducción detallada:

Serie de materiales básicos

Ventajas de Rendimiento Sobresalientes

Bajas pérdidas de señal:

Sus materiales tienen un bajo factor de disipación. Cuando las señales se transmiten a frecuencias superiores a 2 GHz, las pérdidas son mucho menores que las de las placas PCB FR-4 tradicionales, lo que garantiza eficazmente la integridad de la señal.

Propiedades dieléctricas estables:

La constante dieléctrica permanece estable dentro de un amplio rango de temperatura y frecuencia. Esto permite a los ingenieros diseñar con precisión circuitos como líneas de transmisión y adaptación de impedancia.

Fuerte Capacidad de Adaptación al Entorno:

Muchos materiales de su serie tienen baja absorción de agua, lo que posibilita un funcionamiento estable en entornos de alta humedad. Asimismo, presentan altas temperaturas de transición vítrea (generalmente superiores a 280 °C) y una excelente estabilidad térmica, lo que puede soportar cambios extremos de temperatura.

Principales campos de aplicación

Telecomunicaciones:

Es un material fundamental para módulos RF de estaciones base 5G, antenas de onda milimétrica y equipos de comunicación por satélite, satisfaciendo así la demanda de transmisión de señales de baja pérdida y alta velocidad en sistemas de comunicación.

Aeroespacial y Defensa:

Se aplica en sistemas de radar, módulos de guía de misiles y equipos electrónicos espaciales. Su bajo nivel de desgasificación y resistencia a entornos adversos le permiten adaptarse a las condiciones complejas del espacio y el campo de batalla.

Electrónica automotriz:

Se utiliza en radares automotrices, módulos de comunicación 5G montados en vehículos y sistemas de control de potencia para vehículos de nueva energía, que pueden soportar el entorno de trabajo de alta temperatura y alta vibración en vehículos.

Instrumentos de prueba y medición:

Se utiliza en generadores de señales de alta frecuencia, analizadores de redes vectoriales y otros instrumentos de precisión, lo que garantiza la exactitud y estabilidad de las mediciones del instrumento.

La placa de circuito Rogers fabricada por Rogers Materials, con su fórmula única de sustrato y diseño de rendimiento, presenta las siguientes ventajas principales frente a las placas FR-4 tradicionales y las placas de alta frecuencia comunes, especialmente adecuada para escenarios de aplicación de alta frecuencia, alta velocidad y alta confiabilidad:

Rendimiento de transmisión de señal de alta frecuencia superior

· Pérdida dieléctrica ultra baja:

El factor de pérdida (Df) de los sustratos Rogers (como compuestos de PTFE rellenos con cerámica) es extremadamente bajo (normalmente < 0,0025@10GHz), mucho más bajo que el del FR-4 (Df≈0,02@10GHz), y la señal la atenuación se reduce significativamente en la banda de alta frecuencia por encima de 2 GHz. Garantiza eficazmente la integridad de la señal en las comunicaciones 5G, de onda milimétrica y microondas, evitando distorsiones de datos o una disminución en la eficiencia de transmisión.

· Constante dieléctrica estable (Dk):

La constante dieléctrica varía muy poco con la temperatura (-55 ℃ a 125 ℃) y con la frecuencia (rango de fluctuación < ±2 %). Los ingenieros pueden diseñar con precisión la adaptación de impedancia y líneas de transmisión (como líneas microstrip y líneas stripline) para garantizar la consistencia del rendimiento del circuito RF. Es especialmente adecuado para aplicaciones con requisitos estrictos de precisión de impedancia, como radares y comunicaciones por satélite comunicaciones.

Excelente estabilidad térmica y adaptabilidad ambiental

· Alta temperatura de transición vítrea (Tg): La mayoría de los sustratos Rogers tienen una Tg superior a 280 ℃ (algunos productos, como el RO4350B, tienen una Tg de 280 ℃, mientras que el RT5880 no tiene un punto de inflexión claro), mucho más alta que la del FR-4 (Tg ≈ 130 ℃). No se ablandan ni deforman bajo condiciones de alta temperatura y pueden soportar temperaturas elevadas de soldadura (260 ℃) y entornos de trabajo prolongados a alta temperatura.

· Bajo índice de absorción de agua:

El índice de absorción de agua del sustrato es inferior al 0,03 % (el índice de absorción de agua del FR-4 ≈ 0,15 %), y no presenta degradación del rendimiento en ambientes de alta humedad (como en aplicaciones marinas y estaciones base exteriores), evitando la degradación de las propiedades dieléctricas o la corrosión de las líneas provocada por la absorción de humedad, y extendiendo así la vida útil del PCB.

· Resistencia a entornos agresivos:

Resistente a la radiación y a la corrosión química, adecuado para escenarios especiales como aeroespacial (radiación espacial) y control industrial (entornos ácidos y alcalinos), y con baja desgasificación (cumple con los estándares de la NASA), no liberará sustancias volátiles que contaminen componentes de precisión.

Rendimiento mecánico y de procesamiento sobresaliente

· Alta estabilidad dimensional:

El coeficiente de expansión térmica (CTE) del sustrato se ajusta bien a la lámina de cobre (CTE en los ejes X/Y ≈14 ppm/℃, y en el eje Z ≈60 ppm/℃). La deformación de la PCB es extremadamente baja después del soldado a alta temperatura o ciclos térmicos, reduciendo el riesgo de fallos de soldadura del dispositivo. Es especialmente adecuado para empaquetados de alta densidad como BGA y flip-chip.

· Compatible con procesos convencionales de PCB:

Se pueden adoptar procesos estándar de fabricación de PCB (grabado, perforación, metalización, soldadura) sin necesidad de equipos especiales, y admite cobre grueso (≥2 oz) y diseños de placas multicapa, equilibrando alto rendimiento y viabilidad del proceso factibilidad, y reduciendo la dificultad de la producción en masa. y reduciendo la dificultad de la producción en masa.

Adaptarse a los requisitos de alta potencia y alta integración

· Excelente conductividad térmica:

Los sustratos cerámicos rellenos de Rogers (como el RO3003) tienen una conductividad térmica de hasta 0,6 W/(m·K), superior a la del FR-4 (0,3 W/(m·K)). Pueden conducir rápidamente el calor generado por dispositivos RF de alta potencia, evitando el sobrecalentamiento local y la degradación del rendimiento.

· Soporte para componentes pasivos integrados:

Algunos sustratos Rogers (como las series compatibles con LTCC) pueden integrarse con componentes pasivos (resistencias, condensadores), reduciendo el número de componentes externos, logrando la miniaturización y ligereza de PCB, y siendo adecuado para escenarios con restricciones de espacio, como drones y radares montados en vehículos.

La ventaja de eficiencia energética aportada por el bajo factor de pérdida

En amplificadores de potencia RF y módulos de transmisión de estaciones base, la pérdida dieléctrica ultra baja puede reducir la pérdida de energía durante la transmisión de señales, mejorar la relación de eficiencia energética del equipo, disminuir el consumo total de energía de la máquina, y al mismo tiempo reducir la generación de calor, optimizando aún más el diseño de disipación de calor.

Debido a las diferencias significativas en las características del sustrato entre las placas de circuito impreso (PCB) de Rogers y los PCB tradicionales FR-4, el proceso de fabricación requiere un control específico de los detalles del proceso. Los puntos clave a tener en cuenta son los siguientes:

Tratamiento y almacenamiento del sustrato

· Condiciones de almacenamiento:

Los materiales base de Rogers (especialmente los materiales base PTFE) tienden a absorber humedad y deben almacenarse en un entorno de temperatura y humedad constantes (temperatura de 20 a 25 °C, humedad < 50 %). Si no se utilizan inmediatamente después de abrirse, deben empaquetarse al vacío y sellarse para evitar la absorción de humedad, lo cual podría causar burbujas y desprendimientos durante la soldadura.

· Corte del material base:

Utilice herramientas dedicadas de aleación dura para el corte, a fin de prevenir grietas en los bordes del material base (el material base PTFE tiene poca tenacidad). Después del corte, se debe limpiar cualquier residuo de los bordes para evitar rayar la superficie de la placa durante los procesos posteriores.

· Limpieza de la superficie:

No utilice agentes de limpieza fuertes y corrosivos sobre la superficie del sustrato. Se recomienda el alcohol isopropílico para limpiar y eliminar manchas de aceite o polvo, evitando contaminaciones que puedan afectar la resistencia de unión del cobre capa.

Proceso de perforación y conformado

· Parámetros de perforación:

El material Rogers basado en PTFE tiene alta dureza y baja conductividad térmica. Durante la perforación, se deben seleccionar brocas recubiertas con diamante. Reduzca la velocidad de rotación (un 20% a 30% más baja que en FR-4), aumente la velocidad de avance y, al mismo tiempo, mejore el enfriamiento (utilizando un refrigerante soluble en agua) para evitar el desgaste de la broca o la ablación del material base. En el caso de sustratos rellenos con nitruro de aluminio, es necesario evitar la formación de microgrietas durante la perforación. Puede adoptarse un método de perforación por etapas.

· Tratamiento de la pared del orificio:

Después de la perforación, es necesario realizar una limpieza por plasma o un ataque químico para eliminar los residuos de material en la pared del orificio (los residuos de PTFE son difíciles de eliminar), asegurando así la adherencia de la metalización en la pared del orificio.

Evite el grabado excesivo que pueda causar paredes de agujeros rugosas y afectar la uniformidad del recubrimiento.

· Formación de forma:

Se utiliza grabado de precisión por CNC o corte láser para evitar el punzonado (que puede provocar fácilmente la delaminación de materiales basados en PTFE). Después del corte, los bordes deben lijarse para eliminar rebabas.

Metalización y galvanizado

· Tratamiento previo de plateado de cobre:

La superficie del sustrato Rogers es altamente inerte (especialmente el PTFE), por lo que es necesario adoptar procesos especiales de rugosización (como tratamiento con naftaleno sódico, grabado por plasma) para aumentar la rugosidad de la superficie del sustrato y mejorar la adherencia de la capa de plateado de cobre. Evite una rugosización excesiva que pueda dañar la superficie del sustrato.

· Parámetros de galvanizado:

Al galvanizar cobre, la densidad de corriente debe reducirse (un 15 % menor que en FR-4), el tiempo de galvanizado debe prolongarse y el recubrimiento debe ser uniforme. Para diseños con cobre grueso (≥2 oz), galvanizado segmentado debe adoptarse para evitar un espesor de recubrimiento desigual o la formación de poros.

· Inspección del recubrimiento:

Centrarse en verificar la cobertura y la adhesión del recubrimiento en la pared del orificio. La adhesión del recubrimiento en la pared del orificio de placas PCB de Rogers basadas en PTFE debe ser ≥1,5 N/mm para prevenir el desprendimiento del recubrimiento durante el uso posterior.

Grabado y fabricación del circuito

· Selección de la solución de grabado:

Utilice soluciones ácidas de grabado (como el sistema de cloruro de cobre) para evitar que las soluciones alcalinas dañen los sustratos de Rogers (algunos sustratos rellenos con cerámica tienen baja resistencia a los álcalis); durante el proceso de grabado, la temperatura (25 a 30 °C) y la velocidad de grabado deben controlarse estrictamente para evitar un sobregabado lateral excesivo, lo cual podría provocar una disminución en la precisión del circuito.

· Compensación de líneas:

Preestablezca la cantidad de compensación de grabado según el tipo de material base (la tasa de grabado lateral del material base PTFE es aproximadamente del 8% al 10%, más alta que la del FR-4) para asegurar que el ancho final de la línea cumpla con el diseño requisitos; para líneas finas (ancho de línea < 0,1 mm), se debe utilizar equipo de exposición de alta precisión para evitar líneas rotas o cortocircuitos.

Máscara de soldadura y tratamiento superficial

· Compatibilidad de la tinta de máscara de soldadura:

Seleccione una tinta de máscara de soldadura resistente a altas temperaturas (Tg > 150 °C) compatible con sustratos Rogers para evitar que la tinta se desprenda debido a una mala adhesión al sustrato. Al imprimir la máscara de soldadura, la presión del raspador debe reducirse para evitar que la tinta penetre en los espacios del circuito.

· Proceso de curado:

La temperatura de curado para la máscara de soldadura debe aumentarse progresivamente (de 80 °C a 150 °C gradualmente) para evitar deformaciones del sustrato causadas por un aumento brusco de temperatura. El tiempo de curado es un 10% a 20% más largo que el del FR-4 para garantizar la curación completa de la tinta.

· Selección del tratamiento superficial:

Priorizar el plateado en oro (ENIG) o el estañado, y evitar el alisado con aire caliente (HASL), ya que el aire caliente a alta temperatura puede causar deformación del sustrato Rogers, y los materiales base de PTFE tienen resistencia térmica limitada (temperaturas de HASL superiores a 260 ℃ pueden dañar fácilmente el sustrato).

Proceso de Laminación

· Parámetros de laminación:

Establezca la temperatura, presión y tiempo de laminación según el tipo de sustrato para evitar la descomposición del sustrato por temperaturas excesivamente altas o la deslaminación debido a una presión desigual.

· Tratamiento de eliminación de adhesivo:

Antes de la laminación, la lámina precurada (PP) debe precalentarse a 100 ℃ durante 30 minutos para eliminar sustancias volátiles y prevenir la formación de burbujas durante la laminación. La combinación del sustrato Rogers y el PP debe coincidir con el coeficiente de expansión térmica para reducir la deformación tras la laminación.

· Control de planitud:

Después de que el PCB multicapa Rogers es laminado, necesita ser prensado en frío y fijado. La velocidad de enfriamiento debe controlarse a 5℃/min para evitar una diferencia de temperatura excesiva que provoque la deformación de la superficie del tablero (el grado de deformación debe ser ≤0,3%).

Pruebas y control de calidad

· Pruebas de rendimiento eléctrico:

Centrarse en inspeccionar la impedancia de la línea, las pérdidas de inserción y la relación de onda estacionaria. Utilice un analizador de redes para realizar pruebas completas dentro de la banda de frecuencia diseñada, asegurando que el rendimiento en alta frecuencia cumpla con los normas.

· Pruebas de fiabilidad:

Realice pruebas de ciclado térmico y pruebas de humedad y calor para verificar la estabilidad de la unión entre el sustrato y la capa de cobre, así como la capa de máscara de soldadura, para prevenir fallos causados por envejecimiento ambiental.

· Inspección visual:

Revise la superficie del tablero en busca de grietas, desprendimientos, burbujas, bordes lisos de los circuitos y rebabas en las paredes de los orificios, para garantizar que no existan defectos visibles evidentes.