PCB Rogers

Che cos'è il PCB Rogers?

PCB Rogers si riferisce a una scheda a circuito stampato ad alte prestazioni realizzata utilizzando materiali laminati specializzati prodotti da Rogers Corporation, un'azienda americana leader nei materiali e tecnologie avanzati. A differenza dei tradizionali PCB realizzati in resina epossidica e fibra di vetro, utilizza principalmente materiali come politetrafluoroetilene (PTFE), compositi caricati con ceramica o miscele di idrocarburi. È particolarmente adatto a scenari elettronici ad alta frequenza e ad alta velocità ed è considerato il punto di riferimento nei settori correlati. Di seguito è riportata un'introduzione dettagliata:

Serie del materiale di base

Vantaggi Eccezionali di Prestazione

Basse Perdite del Segnale:

I suoi materiali presentano un basso fattore di dissipazione. Quando i segnali vengono trasmessi a frequenze superiori a 2 GHz, le perdite sono molto inferiori rispetto alle tradizionali PCB in FR-4, garantendo efficacemente l'integrità del segnale.

Proprietà dielettriche stabili:

La costante dielettrica rimane stabile all'interno di un ampio intervallo di temperatura e frequenza. Ciò consente agli ingegneri di progettare con precisione circuiti come adattamento di impedenza e linee di trasmissione.

Forte Adattabilità Ambientale:

Molti materiali della serie presentano una bassa assorbenza di acqua, consentendo un funzionamento stabile in ambienti ad alta umidità. Nel contempo, hanno elevate temperature di transizione vetrosa (generalmente superiori a 280 °C) ed eccellente stabilità termica, che possono tollerare variazioni estreme di temperatura.

Principali settori applicativi

Telecomunicazioni:

È un materiale fondamentale per moduli RF delle stazioni base 5G, antenne millimetriche e apparecchiature per comunicazioni satellitari, soddisfacendo la richiesta di trasmissione di segnali a bassa perdita e ad alta velocità nei sistemi di comunicazione.

Aerospaziale e Difesa:

Viene utilizzato in sistemi radar, moduli di guida per missili e apparecchiature elettroniche spaziali. Le sue prestazioni di bassa degassazione e resistenza agli ambienti ostili permettono di adattarsi alle condizioni complesse dello spazio e del campo di battaglia.

Elettronica automobilistica:

È utilizzato nei radar automobilistici, nei moduli di comunicazione 5G montati sui veicoli e nei sistemi di controllo della potenza dei veicoli a energia nuova, resistendo all'ambiente operativo ad alta temperatura e ad alta vibrazione presente nei veicoli.

Strumenti di test e misura:

È utilizzato in generatori di segnali ad alta frequenza, analizzatori di rete vettoriali e altri strumenti di precisione, garantendo l'accuratezza e la stabilità delle misurazioni degli strumenti.

La scheda circuitale Rogers prodotta da Rogers Materials, grazie alla sua formula unica del substrato e al design prestazionale, presenta i seguenti vantaggi principali rispetto alle tradizionali schede FR-4 e alle comuni schede ad alta frequenza, risultando particolarmente adatta a scenari applicativi ad alta frequenza, alta velocità e alta affidabilità:

Prestazioni di trasmissione del segnale ad alta frequenza eccellenti

· Perdite dielettriche ultra ridotte:

Il fattore di perdita (Df) dei substrati Rogers (come compositi a base di PTFE riempiti con ceramica) è estremamente basso (solitamente < 0,0025@10 GHz), molto più basso rispetto a quello dell'FR-4 (Df ≈ 0,02@10 GHz), e l'attenuazione del segnale è notevolmente ridotta nella banda ad alta frequenza superiore a 2 GHz. Garantisce efficacemente l'integrità del segnale nelle comunicazioni 5G, a onde millimetriche e microonde, prevenendo distorsioni dei dati o una riduzione dell'efficienza di trasmissione.

· Costante dielettrica stabile (Dk):

La costante dielettrica varia molto poco con la temperatura (-55 ℃ a 125 ℃) e con la frequenza (intervallo di fluttuazione < ±2%). Gli ingegneri possono progettare con precisione l'adattamento di impedenza e le linee di trasmissione (come le linee microstriscia e le linee stripline) per garantire la coerenza delle prestazioni dei circuiti RF. È particolarmente adatto a scenari con requisiti rigorosi sull'accuratezza dell'impedenza, come nei sistemi radar e nelle comunicazioni satellitari. comunicazioni.

Eccellente stabilità termica e adattabilità ambientale

· Alta temperatura di transizione vetrosa (Tg). La maggior parte dei substrati Rogers presenta una Tg superiore ai 280 ℃ (alcuni prodotti, come il RO4350B, hanno una Tg di 280 ℃, mentre l'RT5880 non ha un punto di flesso evidente), molto più elevata rispetto a quella dell'FR-4 (Tg≈130 ℃). Non si ammorbidiscono né si deformano in condizioni di alta temperatura e resistono a temperature elevate durante la saldatura (260 ℃) e ad ambienti operativi a lungo termine ad alta temperatura.

· Basso tasso di assorbimento dell'acqua:

Il tasso di assorbimento dell'acqua del substrato è inferiore allo 0,03% (il tasso di assorbimento dell'acqua dell'FR-4 ≈0,15%), pertanto non si verifica degrado delle prestazioni in ambienti ad alta umidità (ad esempio marini e stazioni base esterne), evitando il deterioramento delle proprietà dielettriche o la corrosione delle piste causata dall'assorbimento di umidità, prolungando così la vita utile del circuito stampato (PCB).

· Resistenza ad ambienti ostili:

Resistente alle radiazioni e alla corrosione chimica, adatto a scenari speciali come l'aerospaziale (radiazioni spaziali) e il controllo industriale (ambienti acidi e alcalini), e con bassa emissione di gas (conforme agli standard NASA), non rilascia sostanze volatili che potrebbero contaminare componenti di precisione. non rilascia sostanze volatili che potrebbero contaminare componenti di precisione.

Eccellenti prestazioni meccaniche e lavorabilità

· Elevata stabilità dimensionale:

Il coefficiente di espansione termica (CTE) del substrato è ben abbinato alla lamina di rame (CTE sull'asse X/Y ≈14 ppm/℃, sull'asse Z ≈60 ppm/℃). La deformazione della PCB è estremamente ridotta dopo la saldatura ad alta temperatura o cicli termici, riducendo il rischio di malfunzionamenti nei collegamenti saldati dei dispositivi. È particolarmente adatto per imballaggi ad alta densità come BGA e flip-chip. saldatura ad alta temperatura o cicli termici, riducendo il rischio di malfunzionamenti nei collegamenti saldati dei dispositivi. È particolarmente adatto per imballaggi ad alta densità come BGA e flip-chip.

· Compatibile con i processi convenzionali per PCB:

Possono essere adottati processi standard di produzione PCB (incisione, foratura, metallizzazione, saldatura) senza l'uso di attrezzature speciali, e supporta rame spesso (≥2 oz) e progetti di schede multilivello, bilanciando alte prestazioni e fattibilità del processo fattibilità, riducendo la difficoltà della produzione di massa. riducendo la difficoltà della produzione di massa.

Adatto a requisiti di alta potenza e integrazione

· Eccellente conducibilità termica:

I substrati in ceramica riempita Rogers (ad esempio RO3003) hanno una conducibilità termica fino a 0,6 W/(m·K), superiore a quella dell'FR-4 (0,3 W/(m·K)). Possono condurre rapidamente il calore generato da dispositivi RF ad alta potenza, prevenendo surriscaldamenti locali e degrado delle prestazioni.

· Supporto per componenti passivi integrati:

Alcuni substrati Rogers (ad esempio serie compatibili con LTCC) possono integrare componenti passivi (resistori, condensatori), riducendo il numero di componenti esterni, realizzando una miniaturizzazione e alleggerimento dei PCB, ed essendo adatto a scenari con spazio limitato come droni e radar montati su veicoli.

Il vantaggio in termini di efficienza energetica derivante dal basso fattore di perdita

Nei dispositivi di amplificazione di potenza RF e nei moduli di trasmissione delle stazioni base, le perdite dielettriche ultra-basse possono ridurre le perdite energetiche durante la trasmissione del segnale, migliorare il rapporto di efficienza energetica dell'apparecchiatura, abbassare il consumo energetico complessivo della macchina e, allo stesso tempo, ridurre la generazione di calore, ottimizzando ulteriormente la progettazione del sistema di dissipazione termica.

A causa delle significative differenze nelle caratteristiche del substrato tra le schede PCB Rogers e le tradizionali PCB in FR-4, il processo di produzione richiede un controllo mirato dei dettagli di processo. I punti principali da considerare sono i seguenti:

Trattamento e stoccaggio del substrato

· Condizioni di stoccaggio:

I materiali di base Rogers (in particolare i materiali a base di PTFE) sono soggetti ad assorbire umidità e devono essere conservati in un ambiente a temperatura e umidità costanti (temperatura 20~25℃, umidità < 50%). Se non utilizzati tempestivamente dopo l'apertura, devono essere confezionati sottovuoto e sigillati per evitare l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare bolle e delaminazione durante la saldatura.

· Taglio del materiale di base:

Utilizzare utensili dedicati in lega dura per il taglio, per evitare crepe ai bordi del materiale di base (il materiale a base di PTFE ha una scarsa tenacità). Dopo il taglio, i residui ai bordi devono essere rimossi per evitare graffi sulla superficie della scheda durante le successive lavorazioni.

· Pulizia della superficie:

Non utilizzare agenti pulenti forti e corrosivi sulla superficie del substrato. Per rimuovere macchie di olio o polvere, è preferibile usare alcol isopropilico, evitando contaminazioni che potrebbero compromettere la resistenza dell'adesione del rame rivestimento.

Processo di foratura e formatura

· Parametri di foratura:

Il materiale Rogers a base di PTFE presenta elevata durezza e scarsa conducibilità termica. Durante la foratura, si devono utilizzare punte diamantate. Ridurre la velocità di rotazione (dal 20% al 30% inferiore rispetto all'FR-4), aumentare la velocità di avanzamento e, al contempo, migliorare il raffreddamento (utilizzando un refrigerante solubile in acqua) per evitare l'usura della punta o l'ablazione del materiale di base. Per i substrati riempiti con nitruro di alluminio, è necessario evitare la formazione di microfessurazioni durante la foratura. Si può adottare un metodo di foratura progressiva.

· Trattamento delle pareti dei fori:

Dopo la foratura, è necessario eseguire una pulizia al plasma o un'incisione chimica per rimuovere i residui di materiale sulle pareti dei fori (i residui di PTFE sono difficili da rimuovere), garantendo l'adesione della metallizzazione sulle pareti dei fori.

Evitare un'incisione eccessiva che potrebbe causare pareti dei fori ruvide e influire sull'uniformità del rivestimento.

· Formatura della sagoma:

Si adotta la fresatura di precisione CNC o il taglio laser per evitare lo stampaggio a vuoto (che può facilmente causare delaminazione dei materiali a base PTFE). Dopo il taglio, i bordi devono essere levigati per rimuovere le sbavature.

Metallizzazione ed elettrodeposizione

· Trattamento preliminare per la placcatura in rame:

La superficie del substrato Rogers è altamente inerte (soprattutto nei materiali PTFE), pertanto è necessario adottare particolari processi di rugosità (come il trattamento con naftalene sodico, incisione al plasma) per aumentare la rugosità della superficie del substrato e migliorare l'adesione dello strato di rame placcato. evitare un'eccessiva rugosità che potrebbe danneggiare la superficie del substrato.

· Parametri di elettrodeposizione:

Durante l'elettrodeposizione del rame, la densità di corrente deve essere ridotta (del 15% inferiore rispetto all'FR-4), il tempo di elettrodeposizione deve essere prolungato e il rivestimento deve essere uniforme. Per progetti con rame spesso (≥2 once), elettrodeposizione segmentata deve essere adottato per evitare uno spessore irregolare del rivestimento o la formazione di fori puntiformi.

· Ispezione del rivestimento:

Concentrarsi sul controllo della copertura e dell'adesione del rivestimento sulla parete del foro. L'adesione del rivestimento sulla parete del foro delle PCB Rogers a base di PTFE deve essere ≥1,5 N/mm per prevenire il distacco del rivestimento durante l'utilizzo successivo.

Morsicatura e realizzazione del circuito

· Selezione della soluzione mordente:

Utilizzare soluzioni acide (come il sistema a cloruro di rame) per evitare che soluzioni alcaline corrodano i substrati Rogers (alcuni substrati caricati con ceramica hanno una scarsa resistenza agli alcali); Durante il processo di morsicatura, temperatura (25-30 ℃) e velocità di morsicatura devono essere rigorosamente controllate per evitare un'eccessiva morsicatura laterale, che potrebbe portare a una riduzione della precisione del circuito.

· Compensazione delle piste:

Predisporre l'importo di compensazione della corrosione in base al tipo di materiale di base (il tasso di corrosione laterale del materiale di base PTFE è approssimativamente dall'8% al 10%, superiore rispetto all'FR-4) per garantire che la larghezza finale della traccia soddisfi il progetto requisiti; Per tracce fini (larghezza < 0,1 mm), si dovrebbe utilizzare un apparecchio di esposizione ad alta precisione per evitare interruzioni o cortocircuiti.

Maschera di saldatura e trattamento superficiale

· Compatibilità dell'inchiostro della maschera di saldatura:

Selezionare un inchiostro resistente alle alte temperature (Tg > 150 ℃) compatibile con i substrati Rogers, per evitare il distacco dell'inchiostro a causa di scarsa adesione al substrato. Durante la stampa della maschera di saldatura, la pressione della spatola deve essere ridotta per impedire all'inchiostro di penetrare negli spazi del circuito.

· Processo di polimerizzazione:

La temperatura di polimerizzazione della maschera di saldatura deve essere aumentata gradualmente (da 80 ℃ a 150 ℃ progressivamente) per evitare deformazioni del substrato causate da bruschi aumenti di temperatura. Il tempo di polimerizzazione è del 10% al 20% più lungo rispetto all'FR-4 per garantire una completa polimerizzazione dell'inchiostro.

· Selezione del trattamento superficiale:

Preferire la placcatura in oro (ENIG) o la stagnatura, evitando il livellamento con aria calda (HASL) - l'aria calda ad alta temperatura può causare la deformazione del substrato Rogers, e i materiali di base in PTFE hanno una limitata resistenza al calore (temperature HASL superiori a 260 ℃ possono facilmente danneggiare il substrato).

Processo di Laminazione

· Parametri di laminazione:

Impostare la temperatura, la pressione e il tempo di laminazione in base al tipo di substrato, per evitare la decomposizione del substrato dovuta a temperature eccessive o la delaminazione causata da pressione non uniforme.

· Trattamento di rimozione della colla:

Prima della laminazione, il foglio pre-cotto (PP) deve essere preriscaldato a 100 ℃ per 30 minuti per rimuovere le sostanze volatili e prevenire la formazione di bolle durante la laminazione. La combinazione tra substrato Rogers e PP deve essere compatibile per quanto riguarda il coefficiente di espansione termica, per ridurre la deformazione dopo la laminazione.

· Controllo della planarità:

Dopo la laminazione del PCB Rogers multistrato, è necessario sottoporlo a pressatura a freddo e stabilizzazione. La velocità di raffreddamento deve essere controllata a 5℃/min per evitare differenze di temperatura eccessive che potrebbero causare deformazioni della superficie del circuito (il grado di deformazione deve essere ≤0,3%).

Testing e Controllo della Qualità

· Test delle prestazioni elettriche:

Concentrarsi sull'ispezione dell'impedenza delle piste, delle perdite di inserzione e del rapporto d'onda stazionaria. Utilizzare un analizzatore di rete per eseguire test su tutta la gamma di frequenze progettata, al fine di garantire che le prestazioni in alta frequenza soddisfino i standard.

· Test di affidabilità:

Eseguire test di cicli termici e test di umidità a caldo per verificare la stabilità dell'adesione tra il substrato e lo strato in rame, nonché lo strato di mascheratura saldante, per prevenire guasti causati dall'invecchiamento ambientale.

· Ispezione estetica:

Controllare la superficie del circuito per verificare la presenza di crepe, delaminazioni, bolle, bordi delle piste lisci e bave sulle pareti dei fori, assicurandosi che non vi siano difetti evidenti di aspetto.