Rogers PCB ploča

Što je Rogers PCB?

Rogers PCB ploča odnosi se na visokoučinkovitu ploču za tiskane spojeve izrađenu od specijalnih laminiranih materijala koje proizvodi Rogers Corporation, američko poduzeće za napredne materijale i tehnologiju. Za razliku od uobičajenih FR-4 Ploča za tiskane spojeve koje su izrađene od epoksidne smole i staklenih vlakana, uglavnom koristi materijale kao što su politetrafluoroetilen (PTFE), keramički punjeni kompoziti ili smjese ugljikovodika. Posebno je prikladna za visokofrekventne i visokobrzinske elektroničke primjene i poznata je kao referentni standard u povezanim područjima. Slijedi detaljni uvod:

Serija osnovnih materijala

Izuzetne prednosti u radu

Niski gubitak signala:

Njegovi materijali imaju nizak faktor disipacije. Kada se signali prenose na frekvencijama iznad 2 GHz, gubici su znatno niži u odnosu na tradicionalne FR-4 ploče, što učinkovito osigurava cjelovitost signala.

Stabilna dielektrična svojstva:

Dielektrična konstanta ostaje stabilna u širokom rasponu temperatura i frekvencija. To omogućuje inženjerima precizno projektiranje sklopova kao što su prilagodba impedancije i prijenosni vodovi.

Jaka prilagodljivost okolini:

Mnogi materijali u njegovoj seriji imaju nisku apsorpciju vode, što omogućuje stabilan rad u uvjetima visoke vlažnosti. Istovremeno, imaju visoku temperaturu staklastog prijelaza (općenito iznad 280°C) te izvrsnu termičku stabilnost, što omogućuje podnošenje ekstremnih promjena temperature.

Glavna područja primjene

Telekomunikacije:

To je osnovni materijal za RF module 5G baznih stanica, antene milimetarskog vala i opremu za satelitsku komunikaciju, koji zadovoljava zahtjev za niskim gubicima i visokom brzinom prijenosa signala u komunikacijskim sustavima.

Zrakoplovstvo i obrana:

Koristi se u radarskim sustavima, modulima za vođenje raketa i svemirskoj elektroničkoj opremi. Njegova niska emisija plinova i otpornost na teške uvjete omogućuju prilagodbu složenim uvjetima u svemiru i na bojištu.

Automobilska elektronika:

Koristi se u automobilskim radarima, 5G komunikacijskim modulima za vozila i sustavima za upravljanje snagom u vozilima s novim izvorima energije, te izdržava visoke temperature i uvjete rada s jakim vibracijama u vozilima.

Ispitna i mjerna instrumentacija:

Koristi se u generatorima visokofrekventnih signala, vektorskim analizatorima mreže i drugim preciznim instrumentima, osiguravajući točnost i stabilnost mjerenja instrumenata.

Ploča od tiskane ploče proizvedena od Rogers Materials, s jedinstvenom formulom podloge i dizajnom performansi, ima sljedeće ključne prednosti u odnosu na tradicionalne FR-4 ploče i obične visokofrekventne ploče, posebno pogodna za visokofrekventne, visokobrzinske i visokonaponske scenarije primjene:

Najviša performansa prijenosa visokofrekventnog signala

· Izuzetno niske dielektrične gubitke:

Faktor gubitaka (Df) Rogers podloga (kao što su PTFE-bazirane, keramički ispunjene kompozite) izuzetno je nizak (obično < 0,0025@10GHz), znatno niži od FR-4 (Df≈0,02@10GHz), a slabljenje signala je znatno smanjeno u visokofrekventnom području iznad 2 GHz. Učinkovito osigurava integritet signala u 5G, milimetarskom valnom i mikrovalnom komunikaciji kako bi se spriječilo izobličenje podataka ili smanjenje učinkovitosti prijenosa.

· Stabilna dielektrična konstanta (Dk):

Dielektrična konstanta vrlo malo varira s temperaturom (-55℃ do 125℃) i frekvencijom (raspon variranja < ±2%). Inženjeri mogu precizno dizajnirati prilagodbu impedancije i linije prijenosa (kao što su mikrotrake i stripline linije) kako bi osigurali dosljednost RF performansi sklopova. Posebno je pogodan za scenarije s rigoroznim zahtjevima za točnošću impedancije, kao što su radar i satelitske komunikacije.

Izvrsna termička stabilnost i prilagodljivost okolišu

· Visoka temperatura staklastog prijelaza (Tg) Većina podloga Rogers ima Tg iznad 280℃ (neki proizvodi, kao što je RO4350B, imaju Tg od 280℃, dok RT5880 nema izraženu točku infleksije), što je znatno više od FR-4 (Tg≈130℃). Ne omekšavaju se i ne deformiraju na visokim temperaturama te mogu izdržati visoke temperature lemljenja (260℃) i dugotrajna radna okruženja s visokom temperaturom.

· Niska apsorpcija vode:

Stopa upijanja vode podloge je manja od 0,03% (stopa upijanja vode FR-4 ≈0,15%), i ne dolazi do degradacije performansi u visokovlažnim okruženjima (poput morskih i vanjskih baznih stanica), izbjegavajući pogoršanje dielektričnih svojstava ili koroziju vodova uzrovanu upijanjem vlage, te produžavajući vijek trajanja PCB-a.

· Otpornost na teška okruženja:

Otporan na zračenje i kemijsku koroziju, pogodan za posebne scenarije poput zrakoplovstva i svemirskih letjelica (svemirsko zračenje) i industrijske kontrole (kisela i alkalna okruženja), te s niskim otpuštanjem plinova (suosjećajući NASA standardima), neće oslobađati letljive tvari koje mogu zagađivati precizne komponente.

Izuzetna mehanička čvrstoća i obradivost

· Visoka dimenzijska stabilnost:

Koeficijent toplinskog širenja (CTE) podloge dobro odgovara bakrenom foliju (CTE na X/Y osi ≈14 ppm/℃, a na Z osi ≈60 ppm/℃). Savijanje tiskane ploče iznimno je nisko nakon lemljenja na visokoj temperaturi ili cikliranja temperature, smanjujući rizik od kvarova lemljenja uređaja. Posebno je pogodan za visoko integrirano pakiranje poput BGA i flip-chip tehnologije.

· Kompatibilno s uobičajenim PCB procesima:

Mogu se koristiti standardni postupci izrade tiskanih ploča (tравljenje, bušenje, metalizacija, lemljenje) bez posebne opreme, podržava debele bakrene slojeve (≥2 oz) i višeslojne konstrukcije ploča, ostvarujući ravnotežu između visokih performansi i izvodivosti procesa te smanjuje složenost serijske proizvodnje.

Prilagodba zahtjevima visoke snage i integracije

· Izvrsna toplinska vodljivost:

Keramičkom ispunjene podloge Rogers (poput RO3003) imaju toplinsku vodljivost do 0,6 W/(m·K), što je više od FR-4 (0,3 W/(m·K)). One brzo odvode toplinu generirane od strane RF uređaja visoke snage, sprječavajući lokalno pregrijavanje i degradaciju performansi.

· Podrška za integrirane pasivne komponente:

Neke Rogers podloge (kao što su serije kompatibilne s LTCC-om) mogu se integrirati s pasivnim komponentama (otpornici, kondenzatori), smanjujući broj vanjskih komponenti, postižući miniaturizaciju i olakšavanje tiskanih ploča, te prikladne su za scenarije s ograničenim prostorom kao što su dronovi i radarski sustavi u vozilima. pogodne za scenarije s ograničenim prostorom kao što su dronovi i radarski sustavi u vozilima.

Prednost energetske učinkovitosti koju donosi nizak faktor gubitaka

U RF pojačalima snage i modulima prijenosa baznih stanica, izuzetno niski dielektrički gubici mogu smanjiti gubitke energije tijekom prijenosa signala, poboljšati omjer energetske učinkovitosti opreme, smanjiti ukupnu potrošnju snage uređaja, a istovremeno smanjiti generiranje topline, dodatno optimizirajući dizajn hlađenja.

Zbog značajnih razlika u karakteristikama podloga između Rogers pločica za tiskane ploče i tradicionalnih FR-4 pločica, proces proizvodnje zahtijeva ciljano upravljanje detaljima procesa. Ključne točke na koje treba obratiti pozornost su sljedeće:

Obrada i skladištenje podloge

· Uvjeti skladištenja:

Rogers osnovni materijali (osobito PTFE osnovni materijali) skloni su upijanju vlage i trebaju se čuvati u okruženju stalne temperature i vlažnosti (temperatura 20~25℃, vlažnost < 50%). Ako se ne iskoriste odmah nakon otvaranja, trebaju se pohraniti u vakuumskim vrećicama i zapečatiti kako bi se spriječilo upijanje vlage, što može uzrokovati mjehuriće i odvajanje slojeva tijekom lemljenja.

· Rezanje osnovnog materijala:

Koristite specijalne tvrde legirane alate za rezanje kako biste spriječili pucanje rubova osnovnog materijala (PTFE osnovni materijal ima lošu žilavost). Nakon rezanja, potrebno je očistiti ostatke s rubova kako biste spriječili ogrebotine na površini ploče tijekom daljnjih procesa.

· Čišćenje površine:

Nemojte koristiti snažna korozivna sredstva za čišćenje na površini podloge. Preporučuje se brisanje izopropanolom kako biste uklonili mrlje od ulja ili prašine, izbjegavajući onečišćenje koje može utjecati na čvrstoću veze bakra sloj.

Proces bušenja i oblikovanja

· Parametri bušenja:

Rogers materijal na bazi PTFE-a ima visoku tvrdoću i lošu toplinsku vodljivost. Prilikom bušenja, potrebno je odabrati svrdla s dijamantnim prevlakom. Smanjite broj okretaja (20% do 30% niži nego kod FR-4), povećajte brzinu posmaka i istovremeno poboljšajte hlađenje (korištenjem vodotopivog rashladnog sredstva) kako biste spriječili habanje svrdla ili ablaciju osnovnog materijala. Kod podloga ispunjenih nitridom aluminija, potrebno je izbjeći stvaranje mikropukotina tijekom bušenje. Može se primijeniti postupno bušenje.

· Obrada zida rupe:

Nakon bušenja, potrebno je provesti plazmatsko čišćenje ili kemijsko trajanje kako bi se uklonili ostaci podloge s zida rupe (ostaci PTFE-a teško se uklanjaju), osiguravajući prianjanje metalizacije na zidu rupe.

Izbjegavajte prekomjerno trajanje koje može uzrokovati hrapave zidove rupa i utjecati na jednolikost prevlake.

· Oblikovanje:

Korišten je CNC precizni urezivanje ili lasersko rezanje kako bi se izbjeglo probojno rezanje (što može lako uzrokovati odlaminaciju materijala na bazi PTFE-a). Nakon rezanja, rubovi se moraju brušiti kako bi se uklonili žuljevi.

Metalizacija i elektrolučno nanošenje

· Pretretman bakrenjem:

Površina Rogers podloge je vrlo inertna (osobito PTFE), stoga je potrebno primijeniti posebne postupke grubljenja (poput tretmana natrijevim naftalenom, plazma etching) kako bi se povećala površina hrapavost podloge i poboljšati adheziju sloja bakrenog prevlake. Izbjegavajte prekomjerno grube površine koje mogu oštetiti površinu podloge.

· Parametri elektrolučenja:

Prilikom elektrolučenja bakra, gustoća struje mora biti smanjena (15% niža nego kod FR-4), vrijeme elektrolučenja treba produžiti, a prevlaka mora biti jednolična. Za dizajne s debelim bakrom (≥2oz), treba primijeniti segmentirano elektrolučenje kako bi se spriječila neravnomjerna debljina prevlake ili pojedinačni otvori (pinholes).

· Kontrola prevlake:

Posebnu pozornost posvetiti provjeri pokrivenosti i adhezije prevlake na zidovima rupa. Adhezija prevlake na zidovima rupa na PTFE Rogers PCB pločama treba biti ≥1,5 N/mm kako bi se spriječilo odvajanje prevlake tijekom naknadne uporabe.

Trosenje i izrada električnih krugova

· Odabir trosiva:

Koristite kiseline za tračenje (kao što je sustav bakrenog klorida) kako biste izbjegli upotrebu lužnatih otopina za tračenje koje mogu korodirati Rogers podloge (neke keramički ispunjene podloge imaju lošu otpornost na lužine); Tijekom procesa tračenja (25 do 30 ℃) i brzina tračenja moraju strogo kontrolirati kako bi se spriječilo prekomjerno bočno tračenje, što može dovesti do smanjenja točnosti kruga.

· Kompenzacija trake:

Unaprijed postavite iznos kompenzacije tračenja prema vrsti osnovnog materijala (stopa bočnog tračenja PTFE osnovnog materijala iznosi približno 8% do 10%, što je više nego kod FR-4) kako bi se osiguralo da konačna širina trake zadovoljava dizajnerske zahtjeve; Za fine trake (širina trake < 0,1 mm) treba koristiti visokotočnu opremu za ekspoziciju kako bi se izbjegli prekinuti ili kratki spojevi.

Zaštitni sloj za lemljenje i površinska obrada

· Kompatibilnost tinte za zaštitni sloj:

Odaberite olovnu masku otpornu na visoke temperature (Tg > 150℃) koja je kompatibilna s Rogers podlogama kako bi se spriječilo odvajanje tinte zbog loše prianjanja na podlogu. Prilikom tiskanja olovne maske, tlak radnog noža treba smanjiti kako bi se spriječilo prodiranje tinte u rascepe na strujnom krugu.

· Postupak stvrdnjavanja:

Temperatura stvrdnjavanja za olovnu masku treba se postupno povećavati (od 80℃ do 150℃ postepeno) kako bi se izbjeglo deformiranje podloge uzrokovano naglim porastom temperature. Vrijeme stvrdnjavanja je za 10% do 20% dulje nego kod FR-4 kako bi se osiguralo potpuno stvrdnjavanje tinte.

· Odabir površinske obrade:

Dajte prednost nikeliranju (ENIG) ili kalajanju, te izbjegavajte uravnoteženje vrućim zrakom (HASL) – vrući zrak visoke temperature može uzrokovati izobličenje Rogers podloge, a PTFE materijali imaju ograničenu otpornost na toplinu (temperature HASL-a iznad 260℃ mogu lako oštetiti podlogu).

Proces Laminacije

· Parametri laminacije:

Postavite temperaturu, tlak i vrijeme laminacije prema vrsti podloge kako biste izbjegli razgradnju podloge zbog previsoke temperature ili odvajanje slojeva zbog neravnomjernog tlaka.

· Uklanjanje ljepila:

Prije laminacije, prethodno otvrdnuta folija (PP) treba biti predgrijana na 100℃ tijekom 30 minuta kako bi se uklonile letljive tvari i spriječilo stvaranje mjehurića tijekom laminacije. Kombinacija Rogers podloge i PP-a mora odgovarati koeficijentu toplinskog širenja kako bi se smanjilo izobličenje nakon laminacije.

· Upravljanje ravnoćom:

Nakon laminacije višeslojne Rogers ploče, potrebno ju je hladiti pod tlakom. Brzina hlađenja treba biti kontrolirana na 5℃/min kako bi se izbjegla prevelika razlika temperature koja uzrokuje izobličenje površine ploče (stepen izobličenja treba biti ≤0,3%).

Ispitivanje i kontrola kvalitete

· Testiranje električnih svojstava:

Fokusirajte se na provjeru impedancije linije, gubitka prilikom umetanja i omjera stojećeg vala. Upotrijebite analizator mreže za provedbu ispitivanja u cijelom rasponu unutar projektiranog frekvencijskog opsega kako biste osigurali da visokofrekventne performanse zadovoljavaju standardi.

· Ispitivanje pouzdanosti:

Provedite testove termičkog cikliranja i vlažne topline kako biste potvrdili stabilnost veze između podloge i bakrenog sloja, kao i sloja otpornog premaza, kako biste spriječili kvarove uzrokovane starenjem u okolišu.

· Provjera izgleda:

Provjerite površinu ploče na pukotine, odvajanje slojeva, mjehuriće, glatke rubove strujnih krugova te oštre izbočine na zidovima rupa kako biste osigurali da nema očiglednih grešaka u izgledu.