PCB Rogers

Qu'est-ce que le PCB Rogers ?

PCB Rogers désigne un circuit imprimé haute performance fabriqué à l'aide de matériaux stratifiés spécialisés produits par Rogers Corporation, une entreprise américaine spécialisée dans les matériaux et technologies avancés. Contrairement aux circuits imprimés conventionnels en FR-4 Fabriqués en résine époxy et fibre de verre, il utilise principalement des matériaux tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE), des composites chargés de céramique ou des mélanges d'hydrocarbures. Il est particulièrement adapté aux applications électroniques hautes fréquences et haut débit et est considéré comme la référence dans les domaines concernés. Voici une présentation détaillée :

Série des matériaux de base

Avantages de performance exceptionnels

Faible perte de signal :

Ses matériaux présentent un facteur de dissipation faible. Lorsque les signaux sont transmis à des fréquences supérieures à 2 GHz, les pertes sont bien inférieures à celles des circuits imprimés FR-4 traditionnels, ce qui garantit efficacement l'intégrité du signal.

Propriétés diélectriques stables :

La constante diélectrique reste stable dans une large plage de température et de fréquence. Cela permet aux ingénieurs de concevoir précisément des circuits tels que l'adaptation d'impédance et les lignes de transmission.

Forte adaptabilité environnementale :

De nombreux matériaux de sa série présentent une faible absorption d'eau, permettant un fonctionnement stable dans des environnements à forte humidité. Par ailleurs, ils possèdent des températures élevées de transition vitreuse (généralement supérieures à 280 °C) et une excellente stabilité thermique, ce qui peut supporter des variations extrêmes de température.

Champs d'application principaux

Télécommunications :

Il s'agit d'un matériau clé pour les modules RF des stations de base 5G, les antennes millimétriques et les équipements de communication par satellite, répondant ainsi à la demande de systèmes de communication en matière de transmission de signaux à faibles pertes et à haute vitesse.

Aérospatiale et Défense :

Il est utilisé dans les systèmes radar, les modules de guidage de missiles et les équipements électroniques embarqués dans l'espace. Ses faibles émissions gazeuses et sa résistance aux environnements hostiles lui permettent de s'adapter aux conditions complexes de l'espace et du champ de bataille.

Électronique automobile :

Il est utilisé dans les radars automobiles, les modules de communication 5G embarqués et les systèmes de contrôle de puissance des véhicules électriques, résistant ainsi à un environnement de fonctionnement à haute température et fortes vibrations.

Instruments de test et de mesure :

Il est utilisé dans les générateurs de signaux haute fréquence, les analyseurs de réseau vectoriels et d'autres instruments de précision, garantissant l'exactitude et la stabilité des mesures instrumentales.

La carte de circuit imprimé Rogers fabriquée par Rogers Materials, grâce à sa formule de substrat unique et à sa conception performante, présente les avantages principaux suivants par rapport aux cartes FR-4 traditionnelles et aux cartes haute fréquence ordinaires, ce qui la rend particulièrement adaptée aux scénarios d'application haute fréquence, haut débit et haute fiabilité :

Performance ultime de transmission de signaux haute fréquence

· Pertes diélectriques ultra-faibles :

Le facteur de perte (Df) des substrats Rogers (tels que les composites à base de PTFE chargés de céramique) est extrêmement faible (généralement < 0,0025@10GHz), bien inférieur à celui du FR-4 (Df ≈ 0,02@10GHz), et l'atténuation du signal est considérablement réduite dans la bande haute fréquence supérieure à 2 GHz. Assure efficacement l'intégrité du signal dans les communications 5G, millimétriques et micro-ondes, empêchant toute distorsion des données ou une baisse de l'efficacité de transmission.

· Constante diélectrique (Dk) stable :

La constante diélectrique varie très peu avec la température (-55 ℃ à 125 ℃) et la fréquence (plage de variation < ±2 %). Les ingénieurs peuvent concevoir précisément l'adaptation d'impédance et les lignes de transmission (telles que les lignes microruban et les lignes à ruban intégré) afin de garantir la cohérence des performances des circuits RF. Particulièrement adapté aux applications exigeant une grande précision d'impédance, telles que le radar et les communications par satellite communications.

Excellente stabilité thermique et adaptabilité environnementale

· Température de transition vitreuse élevée (Tg) : la plupart des substrats Rogers ont une Tg supérieure à 280 °C (certains produits, comme le RO4350B, ont une Tg de 280 °C, tandis que le RT5880 ne présente pas de point d'inflexion marqué), ce qui est nettement plus élevé que celui du FR-4 (Tg ≈ 130 °C). Ils ne ramollissent ni ne se déforment pas dans des conditions de haute température et peuvent supporter les températures élevées de soudage (260 °C) ainsi que des environnements de fonctionnement à long terme en haute température.

· Faible taux d'absorption d'eau :

Le taux d'absorption d'eau du substrat est inférieur à 0,03 % (le taux d'absorption d'eau du FR-4 ≈ 0,15 %), et il ne subit aucune dégradation de performance dans des environnements à forte humidité (comme les environnements marins et les stations de base extérieures), évitant ainsi la détérioration des propriétés diélectriques ou la corrosion des pistes causée par l'absorption d'humidité, et prolongeant la durée de vie du circuit imprimé (PCB).

· Résistance aux environnements difficiles :

Résistant au rayonnement et à la corrosion chimique, adapté à des scénarios spéciaux tels que l'aérospatiale (rayonnement spatial) et la commande industrielle (environnements acides et alcalins), et avec une faible dégazée (conforme aux normes NASA), il ne libère pas de substances volatiles pouvant contaminer des composants de précision.

Performances mécaniques et de traitement exceptionnelles

· Haute stabilité dimensionnelle :

Le coefficient de dilatation thermique (CTE) du substrat correspond bien à celui de la feuille de cuivre (CTE sur l'axe X/Y ≈14 ppm/℃, et sur l'axe Z ≈60 ppm/℃). Le gauchissement du circuit imprimé est extrêmement faible après le soudage à haute température ou les cycles thermiques, réduisant ainsi le risque de défaillance de soudure des dispositifs. Particulièrement adapté à l'emballage haute densité tel que BGA et flip-chip.

· Compatible avec les procédés conventionnels de circuits imprimés :

Les procédés standards de fabrication de circuits imprimés (gravure, perçage, métallisation, soudure) peuvent être utilisés sans équipement spécial, et il supporte le cuivre épais (≥2 oz) ainsi que les conceptions de cartes multicouches, assurant un équilibre entre hautes performances et faisabilité du processus, tout en réduisant la difficulté de production de masse. équilibre entre hautes performances et faisabilité du processus et réduit la difficulté de production de masse.

S'adapter aux exigences de haute puissance et d'intégration

· Excellente conductivité thermique :

Les substrats céramiques de type Rogers (comme le RO3003) ont une conductivité thermique allant jusqu'à 0,6 W/(m·K), supérieure à celle du FR-4 (0,3 W/(m·K)). Ils permettent d'évacuer rapidement la chaleur générée par les dispositifs RF haute puissance, empêchant la surchauffe locale et la dégradation des performances.

· Intégration de composants passifs :

Certains substrats Rogers (comme les séries compatibles LTCC) permettent l'intégration de composants passifs (résistances, condensateurs), réduisant ainsi le nombre de composants externes, permettant la miniaturisation et l'allègement des circuits imprimés, et étant adapté aux scénarios à espace restreint tels que les drones et les radars embarqués sur véhicules.

L'avantage en efficacité énergétique apporté par le faible facteur de perte

Dans les amplificateurs de puissance RF et les modules de transmission de stations de base, une perte diélectrique ultra-faible peut réduire les pertes d'énergie pendant la transmission du signal, améliorer le rendement énergétique de l'équipement, diminuer la consommation électrique globale de la machine, et en même temps réduire la génération de chaleur, optimisant ainsi davantage la conception de dissipation thermique.

En raison des différences significatives dans les caractéristiques des substrats entre les cartes de circuit imprimé Rogers et les cartes FR-4 traditionnelles, le processus de fabrication exige un contrôle ciblé des détails du procédé. Les points essentiels à retenir sont les suivants :

Traitement et stockage du substrat

· Conditions de stockage :

Les matériaux de base Rogers (en particulier les matériaux à base de PTFE) absorbent facilement l'humidité et doivent être stockés dans un environnement à température et humidité constantes (température 20~25 °C, humidité < 50 %). S'ils ne sont pas utilisés rapidement après ouverture, ils doivent être emballés sous vide et scellés afin d'éviter l'absorption d'humidité, qui pourrait provoquer des bulles et un délaminage lors du soudage.

· Découpe du matériau de base :

Utilisez des outils en alliage dur spécifiques pour la découpe afin d'éviter les fissures sur les bords du matériau de base (le matériau à base de PTFE ayant une faible ténacité). Après la découpe, les résidus sur les bords doivent être nettoyés pour éviter de rayer la surface de la carte lors des opérations de traitement ultérieures.

· Nettoyage de surface :

Ne pas utiliser d'agents de nettoyage fortement corrosifs sur la surface du substrat. L'alcool isopropylique est préféré pour essuyer et éliminer les taches d'huile ou la poussière, afin d'éviter toute contamination pouvant affecter la résistance d'adhérence du cuivre revêtement.

Procédé de perçage et de formage

· Paramètres de perçage :

Le matériau Rogers à base de PTFE présente une grande dureté et une faible conductivité thermique. Lors du perçage, il convient de choisir des forets revêtus de diamant. Réduire la vitesse de rotation (20 % à 30 % inférieure à celle de l'FR-4), augmenter la vitesse d'avance, et renforcer simultanément le refroidissement (en utilisant un liquide de coupe soluble dans l'eau) afin d'éviter l'usure du foret ou l'ablation du matériau de base. Pour les substrats chargés de nitrure d'aluminium, il est nécessaire d'éviter la formation de microfissures pendant le perçage. Une méthode de perçage en plusieurs étapes peut être adoptée.

· Traitement des parois des trous :

Après le perçage, un nettoyage par plasma ou une gravure chimique est nécessaire pour éliminer les débris résiduels de substrat sur les parois des trous (les résidus de PTFE sont difficiles à enlever), garantissant ainsi l'adhérence de la métallisation sur les parois des trous.

Évitez une gravure excessive qui pourrait provoquer des parois de trous rugueuses et nuire à l'uniformité du revêtement.

· Mise en forme :

On adopte le gravage de précision par CNC ou la découpe laser afin d'éviter l'ébauchage (qui peut facilement provoquer un décollement des matériaux à base de PTFE). Après la découpe, les bords doivent être meulés pour éliminer les bavures.

Métallisation et électrodéposition

· Prétraitement du cuivrage :

La surface du substrat Rogers est très inerte (surtout en PTFE), il est donc nécessaire d'adopter des procédés spéciaux de matage (comme le traitement au naphtalène sodique ou la gravure plasma) afin d'augmenter la rugosité de la surface du substrat et d'améliorer l'adhérence de la couche de cuivre déposée. évitez un matage excessif qui pourrait endommager la surface du substrat.

· Paramètres d'électrodéposition :

Lors de l'électrodéposition du cuivre, la densité de courant doit être réduite (15 % inférieure à celle de l'FR-4), la durée d'électrodéposition prolongée, et le revêtement doit être uniforme. Pour les conceptions à cuivre épais (≥2 oz), électrodéposition segmentée doit être adopté pour éviter une épaisseur de revêtement inégale ou la présence de micro-porosités.

· Inspection du revêtement :

Porter une attention particulière à la couverture et à l'adhérence du revêtement sur la paroi du trou. L'adhérence du revêtement sur la paroi du trou des cartes PTFE de type Rogers doit être ≥1,5 N/mm afin d'éviter le décollement du revêtement pendant l'utilisation ultérieure.

Gravure et fabrication du circuit

· Choix de la solution de gravure :

Utiliser des solutions de gravure acides (comme le système au chlorure de cuivre) afin d'éviter que des solutions basiques n'attaquent les substrats Rogers (certains substrats chargés de céramique présentent une faible résistance aux alcalis) ; durant le processus de gravure, la température (25 à 30 °C) et la vitesse de gravure doivent être strictement contrôlées afin d'éviter une gravure latérale excessive, qui pourrait entraîner une perte de précision du circuit.

· Compensation des lignes :

Pré-régler la quantité de compensation de gravure en fonction du type de matériau de base (le taux de gravure latéral du matériau de base PTFE est d'environ 8 % à 10 %, ce qui est supérieur à celui de l'FR-4) afin de garantir que la largeur finale de la piste respecte la conception exigences ; Pour les pistes fines (largeur < 0,1 mm), un équipement de gravure de haute précision doit être utilisé afin d'éviter les coupures ou les courts-circuits.

Masque de soudure et traitement de surface

· Compatibilité de l'encre de masque de soudure :

Sélectionner une encre de masque de soudure résistante aux hautes températures (Tg > 150 °C) compatible avec les substrats Rogers afin d'éviter le décollement de l'encre dû à une mauvaise adhérence au substrat. Lors de l'impression du masque de soudure, la pression de la raclette doit être réduite pour éviter que l'encre ne pénètre dans l'espace entre les circuits.

· Procédé de durcissement :

La température de durcissement du masque de soudure doit être augmentée progressivement (de 80 °C à 150 °C graduellement) afin d'éviter toute déformation du substrat causée par une montée en température brutale. Le temps de durcissement est de 10 % à 20 % plus long que celui de l'FR-4 pour garantir le durcissement complet de l'encre.

· Sélection du traitement de surface :

Privilégier le placage or (ENIG) ou le placage étain, et éviter le nivellement à l'air chaud (HASL) - l'air chaud à haute température peut provoquer une déformation du substrat Rogers, et les matériaux de base en PTFE ont une résistance thermique limitée (les températures HASL supérieures à 260 ℃ peuvent facilement endommager le substrat).

Procédé de collage

· Paramètres de stratification :

Régler la température, la pression et la durée de stratification selon le type de substrat afin d'éviter la décomposition du substrat due à une température excessive ou un décollement dû à une pression inégale.

· Traitement d'élimination de la colle :

Avant la stratification, la feuille pré-imprégnée (PP) doit être pré-cuite à 100 ℃ pendant 30 minutes afin d'éliminer les substances volatiles et empêcher la formation de bulles lors de la stratification. La combinaison du substrat Rogers et du PP doit correspondre au coefficient de dilatation thermique afin de réduire la déformation après stratification.

· Contrôle de planéité :

Après la stratification du circuit imprimé Rogers multicouche, il doit être pressé à froid et stabilisé. La vitesse de refroidissement doit être contrôlée à 5℃/min afin d'éviter une différence de température excessive provoquant un voilage de la surface du circuit (le degré de voilage doit être ≤0,3 %).

Tests et contrôle qualité

· Tests des performances électriques :

Porter une attention particulière à l'impédance des lignes, aux pertes d'insertion et au rapport d'ondes stationnaires. Utiliser un analyseur de réseau pour effectuer des tests sur toute la plage de fréquences conçue afin de garantir que les performances haute fréquence répondent aux normes.

· Tests de fiabilité :

Effectuer des tests de cycles thermiques et des tests d'humidité chaude afin de vérifier la stabilité de l'adhérence entre le substrat et la couche de cuivre, ainsi que la couche de masque de soudure, pour prévenir les défaillances causées par le vieillissement environnemental.

· Inspection visuelle :

Vérifier la présence de fissures, de délaminage ou de bulles sur la surface du circuit, ainsi que la régularité des bords des pistes et la présence d'arêtes sur les parois des trous, afin de s'assurer qu'aucun défaut apparent n'est présent.