PCB Rogers

Ce este placa PCB Rogers?

PCB Rogers se referă la o placă de circuit imprimat de înaltă performanță fabricată folosind materiale laminate specializate produse de Rogers Corporation, o companie americană de materiale avansate și tehnologie. Spre deosebire de plăcile PCB FR-4 Convenționale realizate din rășină epoxidică și fibră de sticlă, acestea utilizează în principal materiale precum politetrafluoroetilena (PTFE), compuși ceramici umpluți sau amestecuri pe bază de hidrocarburi. Sunt potrivite în special pentru aplicații electronice de înaltă frecvență și viteză electrice și sunt cunoscute ca standard de referință în domeniile aferente. Mai jos este o prezentare detaliată:

Seria materialului de bază

Avantaje Excepționale de Performanță

Pierderi reduse ale semnalului:

Materialele sale au un factor de disipare scăzut. Atunci când semnalele sunt transmise la frecvențe peste 2 GHz, pierderile sunt mult mai mici decât cele ale PCB-urilor tradiționale FR-4, ceea ce asigură eficient integritatea semnalului.

Proprietăți dielectrice stabile:

Constanta dielectrică rămâne stabilă într-un interval larg de temperatură și frecvență. Acest lucru permite inginerilor să proiecteze cu precizie circuite precum potrivirea impedanței și liniile de transmisie.

Puternică Adaptabilitate Environmentală:

Multe materiale din seria sa au o absorbție scăzută a apei, permițând o funcționare stabilă în medii cu umiditate ridicată. În același timp, acestea au temperaturi ridicate de tranziție vitrificantă (în general peste 280°C) și o stabilitate termică excelentă, care poate suporta schimbări extreme de temperatură.

Domenii principale de aplicare

Telecomunicații:

Este un material de bază pentru modulele RF ale stațiilor de bază 5G, antenele în bandă milimetrică și echipamentele de comunicații satelitare, care satisface cerința de transmisie a semnalelor cu pierderi reduse și viteză mare în sistemele de comunicații.

Aeronautică și Apărare:

Este aplicat în sistemele radar, modulele de ghidare a rachetelor și echipamentele electronice montate pe suport spațial. Performanța sa scăzută de descompunere prin degajare și rezistența la medii aspre îi permit să se adapteze la condițiile complexe din spațiu și pe câmpul de luptă.

Electronice pentru automobile:

Este utilizat în radare auto, modulele de comunicații 5G montate pe vehicule și sistemele de control al puterii pentru vehiculele electrice, putând rezista la mediul de lucru cu temperaturi ridicate și vibrații intense din autovehicule.

Instrumente de testare și măsurare:

Este utilizat în generatoare de semnal înaltă frecvență, analizoare vectoriale de rețea și alte instrumente de precizie, asigurând acuratețea și stabilitatea măsurătorilor instrumentelor.

Placa de circuit rogers fabricată de Rogers Materials, cu formula sa unică de substrat și designul performant, oferă următoarele avantaje esențiale față de plăcile PCB FR-4 tradiționale și plăcile PCB de înaltă frecvență obișnuite, fiind în special potrivită pentru scenarii de aplicații de înaltă frecvență, viteză mare și înaltă fiabilitate:

Performanță superioară de transmisie a semnalelor de înaltă frecvență

· Pierderi dielectrice extrem de reduse:

Factorul de pierdere (Df) al substraturilor Rogers (cum ar fi cele pe bază de PTFE, compozite umplute cu ceramică) este extrem de scăzut (de regulă < 0,0025@10GHz), mult mai mic decât cel al FR-4 (Df≈0,02@10GHz), iar atenuarea semnalului este semnificativ redusă în banda de înaltă frecvență, peste 2 GHz. Asigură eficient integritatea semnalului în comunicațiile 5G, undele milimetrice și comunicațiile microwave, prevenind distorsiunile datelor sau scăderea eficienței transmisiei.

· Constantă dielectrică stabilă (Dk):

Constanta dielectrică variază extrem de puțin cu temperatura (-55℃ la 125℃) și frecvența (intervalul de variație < ±2%). Inginerii pot proiecta precis potrivirea impedanței și liniile de transmisie (cum ar fi liniile microstrip și liniile stripline) pentru a asigura consistența performanței circuitelor RF. Este deosebit de potrivit pentru scenarii cu cerințe stricte privind precizia impedanței, cum ar fi radarul și comunicațiile prin satelit .

Stabilitate termică excelentă și adaptabilitate la mediu

· Temperatură înaltă de tranziție vitroasă (Tg) Majoritatea substraturilor Rogers au o Tg peste 280℃ (unele produse, cum ar fi RO4350B, au o Tg de 280℃, în timp ce RT5880 nu are un punct de inflexiune evident), mult mai ridicată decât cea a FR-4 (Tg≈130℃). Acestea nu se înmoaie sau deformează în condiții de temperatură ridicată și pot rezista la temperaturile înalte de sudare (260℃) și la medii de lucru pe termen lung la temperatură înaltă.

· Rată scăzută de absorbție a apei:

Rata de absorbție a apei a suportului este mai mică de 0,03% (rata de absorbție a apei la FR-4 ≈0,15%) și nu există degradare a performanței în medii cu umiditate ridicată (cum ar fi marine și stațiile de bază exterioare), evitând deteriorarea proprietăților dielectrice sau coroziunea liniilor cauzată de absorbția umidității, prelungind astfel durata de viață a PCB-ului.

· Rezistență la medii aspre:

Rezistent la radiații și la coroziunea chimică, potrivit pentru scenarii speciale precum aerospace (radiații spațiale) și control industrial (medii acide și alcaline), cu degajări reduse de gaze (îndeplinește standardele NASA), nu va elibera substanțe volatile care să contamineze componente de precizie.

Performanță mecanică și de prelucrare excepțională

· Stabilitate dimensională ridicată:

Coeficientul de dilatare termică (CTE) al suportului se potrivește bine cu cel al foliei de cupru (CTE pe axa X/Y ≈14 ppm/℃, iar pe axa Z ≈60 ppm/℃). Deformarea PCB-ului este extrem de redusă după sudarea la temperatură înaltă sau ciclurile de temperatură, reducând riscul de defecte la sudarea dispozitivelor. Este deosebit de potrivit pentru ambalaje cu densitate mare, cum ar fi BGA și flip-chip.

· Compatibil cu procesele convenționale de PCB:

Pot fi utilizate procese standard de fabricare a PCB-urilor (gravare, găurire, metalizare, sudare) fără echipamente speciale, iar materialul susține proiecte cu cupru gros (≥2 uncii) și plăci multistrat, asigurând un echilibru între performanță ridicată și fezabilitatea procesului fezabilitatea procesului și reducerea dificultății producerii în masă.

Adaptat cerințelor de putere și integrare ridicată

· Conductivitate termică excelentă:

Suporturile ceramice umplute de la Rogers (cum ar fi RO3003) au o conductivitate termică de până la 0,6 W/(m·K), mai mare decât cea a FR-4 (0,3 W/(m·K)). Acestea pot conduce rapid căldura generat de dispozitive RF de mare putere, prevenind supraîncălzirea locală și degradarea performanței.

· Suport pentru componente pasive integrate:

Unele suporturi Rogers (cum ar fi seria compatibilă cu LTCC) pot fi integrate cu componente pasive (rezistoare, condensatoare), reducând numărul de componente externe, realizând miniaturizarea și ușurarea PCB-ului, fiind potrivite pentru scenarii cu spațiu limitat, cum ar fi dronele și radarele montate pe vehicule.

Avantajul eficienței energetice adus de factorul scăzut de pierderi

În amplificatoarele de putere RF și modulele de transmisie ale stațiilor de bază, pierderile dielectrice extrem de reduse pot reduce pierderile de energie în timpul transmisiei semnalului, îmbunătățind raportul de eficiență energetică al echipamentului, scăzând consumul total de energie al mașinii, și în același timp reducând generarea de căldură, optimizând astfel în continuare proiectarea de disipare a căldurii.

Datorită diferențelor semnificative dintre caracteristicile suportului la plăcile pcb Rogers și cele ale PCB-urilor tradiționale FR-4, procesul de fabricație necesită un control specific al detaliilor procesului. Punctele principale de reținut sunt următoarele:

Tratarea și depozitarea suportului

· Condiții de depozitare:

Materialele de bază Rogers (în special materialele PTFE) absorb ușor umiditatea și trebuie depozitate într-un mediu cu temperatură și umiditate constante (temperatură 20~25℃, umiditate < 50%). Dacă nu sunt utilizate imediat după deschidere, trebuie ambalate sub vid și sigilate pentru a preveni absorbția de umiditate, care poate cauza apariția de bule și delaminare în timpul lipirii.

· Tăierea materialului de bază:

Utilizați scule dedicate din aliaj dur pentru tăiere, pentru a preveni crăparea marginilor materialului de bază (materialul de bază PTFE are tenacitate scăzută). După tăiere, fragmentele de la margine trebuie eliminate pentru a evita zgârierea suprafeței plăcii în timpul procesărilor ulterioare.

· Curățarea suprafeței:

Nu utilizați agenți de curățare puternic corozivi pe suprafața substratului. Se recomandă utilizarea alcoolului izopropilic pentru ștergere, în scopul eliminării petelor de ulei sau a prafului, evitând astfel contaminarea care ar putea afecta rezistența la lipire a cuprului strat.

Procesul de găurire și formare

· Parametrii de găurire:

Materialul Rogers pe bază de PTFE are duritate mare și conductivitate termică scăzută. La găurire, se vor selecta burghie acoperite cu diamant. Reduceți turația (cu 20% până la 30% mai mică decât la FR-4), măriți viteza de avans și, în același timp, intensificați răcirea (utilizând un lichid de răcire solubil în apă) pentru a preveni uzura burghiului sau ablația materialului de bază. În cazul substraturilor umplute cu azotură de aluminiu, este necesar să se evite formarea microfisurilor în timpul găurire. Se poate adopta o metodă de găurire pas cu pas.

· Tratamentul pereților găurii:

După găurire, este necesară curățarea cu plasmă sau etalarea chimică pentru a elimina resturile de material de pe peretele găurii (resturile de PTFE sunt dificil de îndepărtat), asigurând aderența metalizării pe peretele găurii.

Evitați o etalare excesivă care ar putea provoca pereți rugoși ai găurii și ar putea afecta uniformitatea stratului.

· Formarea formei:

Se adoptă gravura precisă CNC sau tăierea cu laser pentru a evita decuparea (care poate cauza ușor delaminarea materialelor pe bază de PTFE). După tăiere, marginile trebuie rectificate pentru a elimina bavurile.

Metalizare și electroplatare

· Prelucrarea înainte de placarea cu cupru:

Suprafața substratului Rogers este foarte inertă (în special PTFE), astfel că trebuie adoptate procese speciale de matizare (cum ar fi tratarea cu naftalen sodic, etalarea cu plasmă) pentru a crește aderența la suprafață neregularitatea substratului și îmbunătățirea aderenței stratului de placare cu cupru. Evitați o prea mare neregularizare care ar putea provoca deteriorarea suprafeței substratului.

· Parametrii de electroplacare:

La placarea electrolitică cu cupru, densitatea curentului trebuie redusă (cu 15% mai mică decât la FR-4), timpul de placare trebuie prelungit, iar stratul depus trebuie să fie uniform. În cazul designurilor cu cupru gros (≥2 oz), se recomandă aplicarea unui proces de placare segmentat pentru a preveni neuniformitatea grosimii stratului sau apariția porilor.

· Verificarea stratului:

Concentrați-vă pe verificarea acoperirii și aderenței stratului pe pereții găurilor. Aderența stratului pe pereții găurilor plăcilor PCB Rogers pe bază de PTFE trebuie să fie ≥1,5 N/mm pentru a preveni desprinderea stratului în timpul utilizării ulterioare.

Coroziune și realizarea circuitului

· Alegerea soluției de coroziune:

Utilizați soluții de decapare acide (cum ar fi sistemul cu clorură de cupru) pentru a evita corodarea substraturilor Rogers de către soluțiile de decapare alcaline (unele substraturi umplute cu ceramică au o rezistență slabă la alcalii); În timpul procesului de decapare, temperatura (25 până la 30℃) și viteza de decapare trebuie controlate strict pentru a preveni o decapare excesivă laterală, care ar putea duce la o scădere a preciziei circuitului.

· Compensare linie:

Setați dinainte cantitatea de compensare la decapare în funcție de tipul materialului de bază (rata decapării laterale a materialului de bază PTFE este de aproximativ 8% până la 10%, mai mare decât la FR-4) pentru a asigura faptul că lățimea finală a traseului corespunde cerințelor de proiectare necesare; Pentru trasee subțiri (lățime traseu < 0,1 mm), trebuie utilizată o echipamentă de expunere de înaltă precizie pentru a evita întreruperile sau scurtcircuitele.

Mască de lipit și tratament de suprafață

· Compatibilitatea cerii de mască de lipit:

Selectați o cerneală rezistentă la temperaturi înalte pentru masca de lipit (Tg > 150℃) compatibilă cu suporturile Rogers pentru a preveni desprinderea cernelei din cauza aderenței slabe la substrat. La imprimarea măștii de lipit, presiunea racletului ar trebui redusă pentru a preveni infiltrarea cernelei în spațiul circuitului.

· Procesul de întărire:

Temperatura de întărire pentru masca de lipit trebuie crescută treptat (de la 80℃ la 150℃ progresiv) pentru a evita deformarea substratului cauzată de creșterea bruscă a temperaturii. Timpul de întărire este cu 10% până la 20% mai lung decât cel al FR-4 pentru a asigura întărirea completă a cernelei.

· Alegerea tratamentului de suprafață:

Se recomandă placarea cu aur (ENIG) sau placarea cu staniu, evitând nivelarea cu aer cald (HASL) – aerul cald la temperatură ridicată poate provoca răsucirea substratului Rogers, iar materialele pe bază de PTFE au rezistență termică limitată (temperaturile HASL de peste 260℃ pot deteriora ușor substratul).

Proces de Laminare

· Parametrii laminării:

Setați temperatura, presiunea și timpul de laminare în funcție de tipul de suport pentru a evita descompunerea suportului din cauza temperaturii excesiv de mari sau delaminarea din cauza unei presiuni neuniforme.

· Tratament de îndepărtare a adezivului:

Înainte de laminare, foaia preîntărită (PP) trebuie preîncălzită la 100℃ timp de 30 de minute pentru a elimina substanțele volatile și pentru a preveni formarea de bule în timpul laminării. Combinarea suportului Rogers cu PP trebuie să corespundă coeficientului de dilatare termică pentru a reduce curburile după laminare. potrivi coeficientului de dilatare termică pentru a reduce curburile după laminare.

· Controlul planității:

După laminarea PCB-ului Rogers multistrat, acesta trebuie comprimat la rece și stabilizat. Rata de răcire trebuie controlată la 5℃/min pentru a evita diferențele excesive de temperatură care ar putea cauza curburile suprafeței plăcii (gradul de curbură ar trebui să fie ≤0,3%).

Testare și Controlul Calității

· Testarea performanțelor electrice:

Concentrați-vă asupra verificării impedanței liniei, pierderii de inserție și a raportului undei staționare. Utilizați un analizor de rețea pentru a efectua teste pe întreaga gamă de frecvențe proiectată, pentru a vă asigura că performanța la frecvență înaltă corespunde cerințelor standarde.

· Testarea fiabilității:

Efectuați teste de ciclare termică și teste de umiditate crescută pentru a verifica stabilitatea aderării dintre substrat și stratul de cupru, precum și stratul de mască de lipit, pentru a preveni defectele cauzate de îmbătrânirea mediului.

· Inspectarea aspectului:

Verificați suprafața plăcii pentru crăpături, delaminare, bule, margini netede ale circuitelor și rebavuri pe pereții orificiilor, pentru a vă asigura că nu există defecte evidente de aspect.