Płyta PCB Rogersa

Czym jest płyta drukowana Rogers?

Płyta PCB Rogersa odnosi się do płytki drukowanej o wysokiej wydajności, produkowanej z zastosowaniem specjalistycznych materiałów laminatowych firmy Rogers Corporation, amerykańskiego przedsiębiorstwa zajmującego się zaawansowanymi materiałami i technologią. W przeciwieństwie do konwencjonalnych płyt PCB, wykonanych z żywicy epoksydowej i włókna szklanego, wykorzystuje głównie materiały takie jak poli(tetrafluoroetylen) (PTFE), kompozyty wypełnione ceramiką lub mieszanki węglowodorowe. Jest szczególnie odpowiedni do zastosowań elektronicznych wymagających wysokiej częstotliwości i dużych prędkości oraz uznawany jest za standard w powiązanych dziedzinach. Poniżej znajduje się szczegółowy opis:

Seria materiałów podstawowych

Wyjątkowe Zalety Eksploatacyjne

Niska utrata sygnału:

Materiały te charakteryzują się niskim współczynnikiem strat. Podczas transmisji sygnałów o częstotliwościach powyżej 2 GHz straty są znacznie niższe niż w przypadku tradycyjnych płyt PCB typu FR-4, co skutecznie zapewnia integralność sygnału.

Stabilne właściwości dielektryczne:

Stała dielektryczna pozostaje stabilna w szerokim zakresie temperatury i częstotliwości. Pozwala to inżynierom na dokładne projektowanie obwodów, takich jak dopasowanie impedancji i linie transmisyjne.

Silna zdolność adaptacji do środowiska:

Wiele materiałów z tej serii charakteryzuje się niskim poziomem pochłaniania wilgoci, co umożliwia stabilną pracę w środowiskach o wysokiej wilgotności. Jednocześnie posiadają one wysoką temperaturę szklenia (zazwyczaj powyżej 280°C) oraz doskonałą stabilność termiczną, która prowadzi wytrzymywać ekstremalne zmiany temperatury.

Główne obszary zastosowania

Telekomunikacje:

Jest kluczowym materiałem w modułach RF stacji bazowych 5G, antenach milimetrowych oraz sprzęcie do komunikacji satelitarnej, spełniając wymagania dotyczące niskich strat i szybkiej transmisji sygnału w systemach komunikacyjnych.

Lotnictwo i obronność:

Znajduje zastosowanie w systemach radarowych, modułach naprowadzania rakiet oraz pokładowym sprzęcie elektronicznym dla przestrzeni kosmicznej. Niska emisja gazów oraz odporność na trudne warunki środowiskowe pozwalają mu dostosować się do skomplikowanych warunków panujących w przestrzeni kosmicznej i na polu walki.

Elektronika motoryzacyjna:

Stosowane w radarach samochodowych, modułach komunikacyjnych 5G montowanych na pojazdach oraz systemach sterowania energią w pojazdach napędzanych alternatywną energią, które wytrzymują wysokotemperaturowe i silnie wibracyjne środowisko pracy w pojazdach.

Przyrządy pomiarowe:

Stosowane w generatorach sygnałów wysokiej częstotliwości, analizatorach wektorowych sieci i innych precyzyjnych instrumentach, co gwarantuje dokładność i stabilność pomiarów przyrządów.

Płyta obwodu drukowanego Rogers produkowana przez Rogers Materials, dzięki unikalnej formule podłoża i projektowi właściwości, oferuje następujące kluczowe zalety w porównaniu z tradycyjnymi płytami FR-4 oraz zwykłymi płytkami wysokiej częstotliwości, szczególnie nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej częstotliwości, dużej prędkości przesyłania danych i wysokiej niezawodności:

Ostateczna wydajność transmisji sygnału o wysokiej częstotliwości

· Ekstremalnie niskie straty dielektryczne:

Współczynnik strat (Df) podłoży Rogersa (takich jak kompozyty na bazie PTFE wypełnione ceramiką) jest ekstremalnie niski (zazwyczaj < 0,0025@10 GHz), znacznie niższy niż u FR-4 (Df≈0,02@10 GHz), a tłumienie sygnału znacząco zmniejsza się w paśmie wysokich częstotliwości powyżej 2 GHz. Skutecznie zapewnia integralność sygnału w komunikacji 5G, mikrofalowej i milimetrowej, zapobiegając zniekształceniom danych lub spadkowi wydajności transmisji.

· Stabilna stała dielektryczna (Dk):

Stała dielektryczna ulega bardzo niewielkim wahaniom wraz ze zmianą temperatury (-55℃ do 125℃) i częstotliwości (zakres wahań < ±2%). Inżynierowie mogą precyzyjnie projektować dopasowanie impedancyjne i linie transmisyjne (takie jak linie mikropaskowe i linie paskowe) w celu zapewnienia spójności pracy obwodów RF. Szczególnie nadaje się do zastosowań o surowych wymaganiach dotyczących dokładności impedancji, takich jak radar i satelitarne komunikacje.

Doskonała stabilność termiczna i adaptacyjność środowiskowa

· Wysoka temperatura szklenia (Tg). Większość podłoży Rogers ma Tg powyżej 280°C (niektóre produkty, takie jak RO4350B, mają Tg równe 280°C, natomiast RT5880 nie ma wyraźnego punktu załamania), co jest znacznie wyższe niż u FR-4 (Tg≈130°C). Nie ulegają one mięknieniu ani odkształceniom w warunkach wysokich temperatur i wytrzymują wysokie temperatury lutowania (260°C) oraz długotrwałe eksploatacji w środowiskach o wysokiej temperaturze.

· Niska zdolność do pochłaniania wilgoci:

Zdolność pochłaniania wilgoci przez podłoże jest mniejsza niż 0,03% (zdolność pochłaniania wilgoci przez FR-4 ≈0,15%), dzięki czemu nie występuje degradacja właściwości w warunkach dużej wilgotności (np. w zastosowaniach morskich i stacjach bazowych na zewnątrz), zapobiegając pogorszeniu się właściwości dielektrycznych lub korozji ścieżek spowodowanej wchłanianiem wilgoci, przedłużając tym samym żywotność płytki PCB.

· Odporność na trudne warunki środowiskowe:

Odporny na promieniowanie i korozję chemiczną, odpowiedni do specjalnych zastosowań takich jak lotnictwo i kosmonautyka (promieniowanie kosmiczne) oraz automatyka przemysłowa (środowiska kwasowe i zasadowe), oraz o niskiej próżniowości (spełnia normy NASA), nie będzie emitował substancji lotnych, które mogłyby skażać precyzyjne komponenty.

Wyróżniające się właściwości mechaniczne i technologiczne

· Wysoka stabilność wymiarowa:

Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) podłoża dobrze dopasowuje się do folii miedzianej (CTE na osi X/Y ≈14 ppm/℃, a na osi Z ≈60 ppm/℃). Odkształcenie płytki PCB jest bardzo niskie po lutowaniu w wysokiej temperaturze lub cyklingu temperaturowym, co zmniejsza ryzyko uszkodzeń lutowania urządzenia. Szczególnie odpowiedni do gęstych pakowań takich jak BGA i flip-chip.

· Kompatybilny z konwencjonalnymi procesami PCB:

Standardowe procesy produkcji płytek PCB (grzybowanie, wiercenie, metalizacja, lutowanie) mogą być przyjmowane bez specjalnego sprzętu, a także obsługuje grube miedzi (≥ 2 uncji) i wielofunkcyjne urządzenia do lutowania. konstrukcje płyt warstwowych, równoważące wysoką wydajność i proces w związku z tym Komisja uznaje, że wprowadzenie nowych technologii w sektorze produkcji jest niezwykle ważne.

Dostosowanie do wymagań dotyczących dużej mocy i integracji

· Doskonała przewodność cieplna:

Podłoże Rogers wypełnione ceramiką (takie jak RO3003) mają przewodność cieplną do 0,6 W/m · K, co jest wyższe niż w FR-4 (0,3 W/m · K). Szybko przeprowadzają ciepło. wyprodukowane przez urządzenia RF o dużej mocy, zapobieganie lokalnemu przegrzaniu i pogorszeniu wydajności.

· Wsparcie zintegrowanych komponentów pasywnych:

Niektóre podłoża Rogers (takie jak serii zgodne z LTCC) mogą być zintegrowane z komponentami biernimi (rezystorami, kondensatorami), zmniejszając liczbę komponentów zewnętrznych, osiąganie miniaturyzacji i lekkiej wagi płytek PCB oraz bycie odpowiednim dla scenariuszy o ograniczonej przestrzeni, takich jak drony i radarы pokładowe pojazdów.

Korzyści wynikające z wyższej efektywności energetycznej związane z niskim współczynnikiem strat

W wzmacniaczach mocy RF i modułach transmisyjnych stacji bazowych, ultra-niskie straty dielektryczne mogą zmniejszyć straty energii podczas transmisji sygnału, poprawić współczynnik efektywności energetycznej urządzenia, obniżyć całkowite zużycie energii urządzenia oraz jednocześnie zmniejszyć generowanie ciepła, dalszą optymalizując projekt chłodzenia.

Ze względu na znaczące różnice w charakterystyce podłoży między płytami PCB z Rogersa a tradycyjnymi PCB FR-4, proces produkcyjny wymaga skierowanej kontroli szczegółów technologicznych. Należy zwrócić uwagę na następujące podstawowe kwestie:

Przygotowanie i przechowywanie podłoża

· Warunki przechowywania:

Materiały podstawowe Rogersa (szczególnie podłoża PTFE) łatwo wchłaniają wilgoć i powinny być przechowywane w środowisku o stałej temperaturze i wilgotności (temperatura 20–25°C, wilgotność < 50%). Jeżeli nie zostaną użyte natychmiast po otwarciu, należy je zapakować pod próżnią i hermetycznie zamknąć, aby zapobiec wchłanianiu wilgoci, które może powodować powstawanie pęcherzy i odwarstwienie podczas lutowania.

· Cięcie podłoża:

Do cięcia należy używać specjalnych narzędzi z twardego stopu, aby zapobiec pękaniu krawędzi materiału podstawowego (podłoże PTFE charakteryzuje się niską odpornością na pękanie). Po przycięciu należy usunąć pozostałości z krawędzi, aby zapobiec zadrapaniom powierzchni płytki w trakcie kolejnych etapów przetwarzania.

· Czyszczenie powierzchni:

Nie należy używać silnych korozyjnych środków czyszczących na powierzchni podłoża. Do przetrzania w celu usunięcia plam oleju lub kurzu zalecany jest alkohol izopropylowy, aby uniknąć zanieczyszczeń, które mogą wpłynąć na wytrzymałość połączenia miedzi warstwa.

Proces wiercenia i formowania

· Parametry wiercenia:

Materiał Rogera na bazie PTFE charakteryzuje się dużą twardością i słabą przewodnością cieplną. Podczas wiercenia należy wybrać wiertełka pokryte diamentem. Należy zmniejszyć prędkość obrotową (o 20% do 30% niższą niż dla FR-4), zwiększyć prędkość posuwu oraz jednocześnie wzmocnić chłodzenie (używając chłodziwa rozpuszczalnego w wodzie), aby zapobiec zużyciu wiertełka lub ablacji materiału podstawowego. W przypadku podłoży wypełnionych azotkiem glinu należy unikać powstawania mikropęknięć podczas wiercenia. Można zastosować metodę wiercenia etapowego.

· Przetwarzanie ścian otworów:

Po wykonaniu otworów konieczne jest przeprowadzenie oczyszczania plazmowego lub trawienia chemicznego, aby usunąć pozostałe drobinki podłoża ze ścian otworów (resztki PTFE są trudne do usunięcia), zapewniając tym samym przyczepność metalizacji do ścian otworów.

Unikaj nadmiernego trawienia, które może spowodować chropowate ścianki otworów i wpłynąć na jednolitość powłoki.

· Formowanie kształtu:

Zastosowanie precyzyjnego frezowania CNC lub cięcia laserowego w celu uniknięcia tłoczenia (które może łatwo spowodować warstwicowanie materiałów opartych na PTFE). Po przycięciu krawędzie należy przeszlifować, aby usunąć zadziory.

Metalizacja i powlekanie elektrolityczne

· Przygotowanie pod niklowanie miedzią:

Powierzchnia podłoża Rogersa jest bardzo obojętna chemicznie (szczególnie PTFE), dlatego należy zastosować specjalne procesy chropowacenia (takie jak obróbka sodem z naphtalenem, trawienie plazmowe), aby zwiększyć chropowatość powierzchni podłoża i poprawić przyczepność warstwy miedzi. unikaj nadmiernego chropowacenia, które może spowodować uszkodzenie powierzchni podłoża.

· Parametry powlekania elektrolitycznego:

Podczas powlekania miedzią gęstość prądu należy zmniejszyć (o 15% niższa niż dla FR-4), wydłużyć czas powlekania oraz zapewnić jednolitość powłoki. W przypadku konstrukcji z grubą warstwą miedzi (≥2 uncje), stosuje się powlekanie etapowe należy przyjąć, aby zapobiec nierównej grubości powłoki lub powstawaniu przebić.

· Kontrola powłoki:

Skupić się na sprawdzaniu pokrycia i przylegania powłoki do ścian otworu. Przyleganie powłoki do ścian otworu na płytach drukowanych Rogers z PTFE powinno wynosić co najmniej ≥1,5 N/mm, aby zapobiec odspajaniu się powłoki podczas dalszego użytkowania.

Trawienie i produkcja ścieżek

· Dobór roztworu trawiącego:

Należy stosować kwasowe roztwory trawiące (np. system chlorku miedzi), unikając zasadowych roztworów trawiących, które mogą korodować podłoża Rogersa (niektóre podłoża wypełniane ceramiką charakteryzują się słabej odpornością na alkalia); W trakcie procesu trawienia temperatura (25–30°C) oraz prędkość trawienia muszą być ściśle kontrolowane, aby uniknąć nadmiernego trawienia bocznego, które może prowadzić do obniżenia dokładności ścieżek.

· Kompensacja linii:

Ustaw z góry wartość kompensacji trawienia w zależności od typu materiału podstawowego (stopa trawienia bocznego materiału PTFE wynosi około 8%–10%, co jest wyższe niż w przypadku FR-4), aby zapewnić, że końcowa szerokość ścieżki spełnia wymagania projektowe wymagania; Dla cienkich ścieżek (szerokość < 0,1 mm) należy używać precyzyjnego sprzętu do ekspozycji, aby uniknąć przerwanych lub zwartych ścieżek.

Maska lutownicza i obróbka powierzchni

· Zgodność farby maski lutowniczej:

Wybierz odporną na wysoką temperaturę farbę maski lutowniczej (Tg > 150°C), zgodną z podłożami Rogersa, aby zapobiec odspajaniu się farby z powodu słabej przyczepności do podłoża. Podczas nanoszenia maski lutowniczej należy zmniejszyć ciśnienie rakla aby zapobiec przedostawaniu się farby do przestrzeni pomiędzy ścieżkami obwodu.

· Proces utwardzania:

Temperaturę utwardzania maski lutowniczej należy zwiększać stopniowo (od 80°C do 150°C) w celu uniknięcia odkształcenia podłoża spowodowanego nagłym wzrostem temperatury. Czas utwardzania jest o 10%–20% dłuższy niż w przypadku FR-4 aby zapewnić całkowite utwardzenie farby.

· Wybór obróbki powierzchni:

Preferować złocenie (ENIG) lub cynowanie, unikać wyrównywania strumieniem gorącego powietrza (HASL) – wysoka temperatura może spowodować wygięcie podłoża Rogersa, a materiały o podstawie PTFE mają ograniczoną odporność termiczną (temperatura HASL powyżej 260℃ może łatwo uszkodzić podłoże).

Proces laminowania

· Parametry laminowania:

Ustawić temperaturę, ciśnienie i czas laminowania zgodnie z typem podłoża, aby uniknąć rozkładu podłoża z powodu zbyt wysokiej temperatury lub odwarstwienia spowodowanego nierównomiernym ciśnieniem.

· Oczyszczanie przed sklejaniem:

Przed laminowaniem półutwardzony arkusz (PP) należy poddać wstępnemu wypiekowi w temperaturze 100℃ przez 30 minut, aby usunąć substancje lotne i zapobiec powstawaniu pęcherzy podczas laminowania. Kombinacja podłoża Rogersa i PP musi dostosować współczynnik rozszerzalności cieplnej, aby zmniejszyć wyginanie po laminowaniu.

· Kontrola płaskości:

Po laminowaniu wielowarstwowej płytki Rogers PCB należy ją poddać chłodzeniu i utrwaleniu. Szybkość chłodzenia powinna być kontrolowana na poziomie 5℃/min, aby uniknąć zbyt dużej różnicy temperatur, która może spowodować wygięcie powierzchni płytki (stopień wygięcia powinien być ≤0,3%).

Testowanie i kontrola jakości

· Testowanie właściwości elektrycznych:

Skupić się na sprawdzaniu impedancji linii, strat wnoszenia oraz współczynnika fali stojącej. Wykorzystać analizator sieciowy do przeprowadzenia testów w całym zaprojektowanym zakresie częstotliwości, aby zagwarantować, że wydajność na wysokich częstotliwościach spełnia standardami.

· Testy niezawodności:

Przeprowadzić testy cykli termicznych oraz testy wilgotnego ciepła, aby zweryfikować stabilność połączenia między podłożem a warstwą miedzi, a także warstwą pasywatną, w celu zapobiegania uszkodzeniom spowodowanym starzeniem się materiału w wyniku oddziaływania środowiska.

· Kontrola wyglądu:

Sprawdzić powierzchnię płytki pod kątem pęknięć, odwarstwień, pęcherzy, gładkości krawędzi ścieżek oraz zadziorów na ściankach otworów, aby upewnić się, że nie ma żadnych widocznych wad wyglądu.