Печатная плата Rogers

Что такое Rogers PCB?

Печатная плата Rogers указывает на высокопроизводительную печатную плату, изготовленную с использованием специализированных ламинированных материалов, производимых компанией Rogers Corporation — американским предприятием передовых материалов и технологий. В отличие от обычных плат PCB, изготавливаемых из эпоксидной смолы и стекловолокна, в них в основном используются такие материалы, как политетрафторэтилен (PTFE), керамические композиты или углеводородные смеси. Они особенно подходят для высокочастотных и высокоскоростных электронных приложений и считаются эталоном в соответствующих областях. Ниже приведено подробное описание:

Серии основных материалов

Отличные преимущества производительности

Низкие потери сигнала:

Его материалы имеют низкий коэффициент рассеяния. При передаче сигналов на частотах выше 2 ГГц потери значительно ниже, чем у традиционных печатных плат FR-4, что эффективно обеспечивает целостность сигнала.

Стабильные диэлектрические свойства:

Диэлектрическая проницаемость остается стабильной в широком диапазоне температур и частот. Это позволяет инженерам точно проектировать схемы, такие как согласование импеданса и линии передачи.

Высокая адаптивность к окружающей среде:

Многие материалы этой серии обладают низким водопоглощением, что обеспечивает стабильную работу в условиях высокой влажности. В то же время они имеют высокую температуру стеклования (обычно выше 280 °C) и отличную тепловую стабильность, которые способны выдерживать резкие перепады температур.

Основные области применения

Телекоммуникации:

Это основной материал для ВЧ-модулей базовых станций 5G, миллиметровых антенн и оборудования спутниковой связи, отвечающий требованиям систем связи к малым потерям и высокоскоростной передаче сигналов.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность:

Применяется в радиолокационных системах, модулях наведения ракет и бортовом электронном оборудовании для космических аппаратов. Его низкое газовыделение и устойчивость к агрессивным средам позволяют адаптироваться к сложным условиям космоса и поля боя.

Автомобильная электроника:

Он используется в автомобильных радарах, модулях бортовой связи 5G и системах управления питанием транспортных средств с использованием новых источников энергии, выдерживая высокотемпературные и высоковибрационные условия эксплуатации в автомобилях.

Измерительные приборы:

Он используется в генераторах высокочастотных сигналов, векторных анализаторах цепей и других прецизионных приборах, обеспечивая точность и стабильность измерений приборов.

Плата rogers, изготовленная из материалов Rogers, благодаря своей уникальной формуле основы и конструкции производительности, обладает следующими основными преимуществами по сравнению с традиционными печатными платами FR-4 и обычными высокочастотными печатными платами, особенно подходит для применений в условиях высокой частоты, высокой скорости и высокой надежности:

Высочайшая производительность передачи высокочастотного сигнала

· Сверхнизкие диэлектрические потери:

Коэффициент потерь (Df) субстратов Rogers (например, на основе ПТФЭ, керамических композитов с наполнителем) чрезвычайно низок (обычно < 0,0025@10 ГГц), намного ниже, чем у FR-4 (Df ≈ 0,02@10 ГГц), и затухание сигнала значительно снижено в высокочастотном диапазоне выше 2 ГГц. Обеспечивает сохранение целостности сигнала в системах связи 5G, миллиметрового и микроволнового диапазонов, предотвращая искажение данных или снижение эффективности передачи.

· Стабильная диэлектрическая проницаемость (Dk):

Диэлектрическая проницаемость практически не изменяется с температурой (-55 ℃ до 125 ℃) и частотой (диапазон колебаний < ±2%). Инженеры могут точно проектировать согласование импеданса и линии передачи (например, микрополосковые линии и полосковые линии), обеспечивая стабильность характеристик ВЧ-схем. Особенно подходит для применений с жёсткими требованиями к точности импеданса, таких как радиолокация и спутниковая связь.

Высокая тепловая стабильность и экологическая устойчивость

· Высокая температура стеклования (Tg). У большинства субстратов Rogers значение Tg превышает 280 ℃ (у некоторых продуктов, таких как RO4350B, Tg = 280 ℃, в то время как у RT5880 нет выраженной точки перегиба), что намного выше, чем у FR-4 (Tg ≈ 130 ℃). Они не размягчаются и не деформируются при высоких температурах и способны выдерживать высокие температуры пайки (260 ℃) и длительную работу в условиях повышенных температур.

· Низкий коэффициент водопоглощения:

Коэффициент водопоглощения субстрата менее 0,03 % (у FR-4 ≈ 0,15 %), поэтому в условиях высокой влажности (например, на морских судах и в наружных базовых станциях) не наблюдается ухудшения характеристик, исключается ухудшение диэлектрических свойств или коррозия проводников из-за поглощения влаги, что продлевает срок службы печатной платы.

· Устойчивость к агрессивным средам:

Устойчив к радиации и химической коррозии, подходит для специальных условий, таких как аэрокосмическая промышленность (космическая радиация) и промышленное управление (кислые и щелочные среды), а также обладает низким газовыделением (соответствует стандартам NASA), не будет выделять летучие вещества, загрязняющие прецизионные компоненты.

Выдающиеся механические и технологические характеристики

· Высокая размерная стабильность:

Коэффициент теплового расширения (КТР) основы хорошо согласуется с медной фольгой (КТР по осям X/Y ≈14 ppm/℃, по оси Z ≈60 ppm/℃). Коробление печатной платы чрезвычайно низкое после пайки при высокой температуре или температурных циклов, что снижает риск отказа паяных соединений устройства. Особенно подходит для высокоплотной упаковки, такой как BGA и flip-chip.

· Совместимость с традиционными процессами изготовления печатных плат:

Могут использоваться стандартные процессы производства печатных плат (травление, сверление, металлизация, пайка) без специального оборудования, и поддерживаются толстые медные слои (≥2 унции) и многослойные конструкции плат, что обеспечивает баланс между высокой производительностью и технологичностью, а также снижает сложность массового производства. сбалансированность высокой производительности и технологичности и снижает сложность массового производства.

Соответствие требованиям высокой мощности и интеграции

· Высокая теплопроводность:

Керамические наполненные субстраты Rogers (например, RO3003) имеют теплопроводность до 0,6 Вт/(м·К), что выше, чем у FR-4 (0,3 Вт/(м·К)). Они могут быстро отводить тепло, генерируемое при работе высокочастотных устройств большой мощности, предотвращая локальный перегрев и ухудшение характеристик.

· Поддержка интегрированных пассивных компонентов:

Некоторые субстраты Rogers (например, серии, совместимые с LTCC) позволяют интегрировать пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы), уменьшая количество внешних компонентов, достигая миниатюризации и облегчения печатных плат, и будучи подходящими для сценариев с ограниченным пространством, таких как дроны и бортовые радары.

Преимущество энергоэффективности, обеспечиваемое низким коэффициентом потерь

В ВЧ усилителях мощности и модулях передачи базовых станций, сверхнизкие диэлектрические потери могут уменьшить потери энергии при передаче сигнала, повысить коэффициент энергоэффективности оборудования, снизить общее энергопотребление устройства, а также уменьшить выделение тепла, дополнительно оптимизируя конструкцию системы охлаждения.

Из-за значительных различий в характеристиках основы между платами rogers pcb и традиционными платами FR-4 процесс производства требует целенаправленного контроля деталей технологического процесса. Основные моменты, на которые следует обратить внимание, следующие:

Обработка и хранение основы

· Условия хранения:

Материалы Rogers (особенно материалы на основе ПТФЭ) склонны к поглощению влаги и должны храниться в среде с постоянной температурой и влажностью (температура 20–25 °C, влажность < 50 %). если материал не используется сразу после вскрытия, его следует упаковать под вакуумом и герметично запечатать, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать образование пузырей и расслоение во время пайки.

· Резка материала:

Для резки используйте специальные инструменты из твёрдого сплава, чтобы предотвратить сколы краёв материала (материалы на основе ПТФЭ обладают низкой прочностью). После резки необходимо удалить остатки обрезков, чтобы избежать царапин поверхности платы при последующей обработке.

· Очистка поверхности:

Не используйте на поверхности подложки сильные коррозионные очистительные средства. Изопропиловый спирт предпочтительнее для чистки, чтобы удалить масляные пятна или пыль, избегая загрязнения, которое может повлиять на прочность сцепления меди покрытия.

Процесс бурения и формования

· Параметры бурения:

Материал Роджерса на основе ПТФЕ имеет высокую твердость и плохую теплопроводность. При бурении следует выбрать бриллиантовые буровые кубики. Уменьшить скорость вращения (20% до 30% ниже, чем FR-4), увеличить скорость подачи, и в то же время повысить охлаждение (с использованием водорастворимой охлаждающей жидкости), чтобы предотвратить износ буровой установки или абляцию базового материала. Для алюминиевого нитрида необходимо избегать образования микро-трещин во время сверление. Можно использовать поэтапный метод бурения.

· Обработка стенки отверстий:

После бурения требуется плазменная очистка или химическое офортание для удаления остаточных остатков субстрата на стенке отверстия (остатки ПТФЕ трудно удалять), обеспечивая адгезию металлизации на стенке отверстия.

Избегайте чрезмерного травления, которое может привести к шероховатым стенкам отверстий и повлиять на равномерность покрытия.

· Формообразование:

Используется прецизионная гравировка с ЧПУ или лазерная резка, чтобы избежать вырубки (которая может легко вызвать расслоение материалов на основе ПТФЭ). После резки кромки необходимо обработать для удаления заусенцев.

Металлизация и гальваническое покрытие

· Предварительная обработка под меднение:

Поверхность субстрата Rogers обладает высокой инертностью (особенно ПТФЭ), поэтому необходимо применять специальные процессы шерохования (например, обработка натрием-нафталином, плазменное травление) для увеличения шероховатости поверхности субстрата и улучшения адгезии слоя меднения. избегайте чрезмерного шерохования, которое может привести к повреждению поверхности субстрата.

· Параметры гальванического покрытия:

При гальваническом меднении плотность тока должна быть снижена (на 15% ниже, чем для FR-4), время электролиза следует увеличить, а покрытие должно быть равномерным. Для конструкций с толстым слоем меди (≥2 унции) применяется ступенчатое гальваническое покрытие следует принять меры для предотвращения неравномерной толщины покрытия или образования пор.

· Проверка покрытия:

Особое внимание уделите проверке равномерности и адгезии покрытия на стенках отверстий. Адгезия покрытия на стенках отверстий печатных плат Rogers на основе ПТФЭ должна быть ≥1,5 Н/мм для предотвращения отслаивания покрытия в процессе последующей эксплуатации.

Травление и изготовление проводников

· Выбор травильного раствора:

Используйте кислые травильные растворы (например, на основе хлорида меди), чтобы избежать коррозии подложек Rogers щелочными растворами (некоторые керамические наполненные подложки обладают низкой стойкостью к щелочам); в процессе травления температуру (25–30 °C) и скорость травления необходимо строго контролировать, чтобы избежать чрезмерного бокового травления, которое может привести к снижению точности топологии схемы.

· Компенсация проводников:

Задайте компенсацию травления в зависимости от типа основного материала (коэффициент бокового травления материала на основе ПТФЭ составляет приблизительно 8–10 %, что выше, чем у FR-4), чтобы обеспечить соответствие конечной ширины линии проектным требованиям требованиям; для тонких линий (ширина линии < 0,1 мм) следует использовать высокоточное оборудование для экспонирования, чтобы избежать обрывов или коротких замыканий.

Паяльная маска и поверхностная обработка

· Совместимость чернил паяльной маски:

Выберите термостойкие чернила для паяльной маски (Tg > 150 °C), совместимые с подложками Rogers, чтобы предотвратить отслаивание чернил из-за плохой адгезии к подложке. При нанесении паяльной маски необходимо уменьшить давление ракеля чтобы предотвратить проникновение чернил в зазоры печатного проводника.

· Процесс отверждения:

Температуру отверждения паяльной маски следует повышать постепенно (постепенно от 80 °C до 150 °C), чтобы избежать деформации подложки вследствие резкого повышения температуры. Время отверждения на 10–20 % дольше, чем у материала FR-4 для обеспечения полного отверждения чернил.

· Выбор обработки поверхности:

Приоритет — золочение (ENIG) или оловянирование, избегайте выравнивания горячим воздухом (HASL), так как высокая температура может вызвать коробление подложки Rogers, а материалы на основе ПТФЭ имеют ограниченную термостойкость (температура HASL выше 260 °C может легко повредить подложку).

Процесс ламинирования

· Параметры ламинирования:

Устанавливайте температуру, давление и время ламинирования в зависимости от типа подложки, чтобы избежать разложения подложки из-за чрезмерно высокой температуры или расслоения из-за неравномерного давления.

· Обработка удаления клея:

Перед ламинированием полупрозрачный лист (PP) необходимо предварительно прокалить при 100 °C в течение 30 минут для удаления летучих веществ и предотвращения образования пузырей во время ламинирования. Сочетание подложки Rogers и PP должно соответствовать коэффициенту теплового расширения, чтобы уменьшить коробление после ламинирования.

· Контроль плоскостности:

После ламинирования многослойной печатной платы Rogers необходимо выполнить холодное прессование и выдержку. Скорость охлаждения следует контролировать на уровне 5℃/мин, чтобы избежать чрезмерной разницы температур, вызывающей коробление поверхности платы (степень коробления должна быть ≤0,3%).

Тестирование и контроль качества

· Тестирование электрических параметров:

Основное внимание уделяется проверке импеданса линий, потерь вносимого сигнала и коэффициента стоячей волны. Используйте анализатор цепей для полного тестирования в пределах заданного частотного диапазона, чтобы гарантировать соответствие высокочастотных характеристик стандарты.

· Тестирование надежности:

Проводите термоциклы и испытания на влажное тепло для проверки устойчивости соединения между подложкой и медным слоем, а также слоем паяльной маски, с целью предотвращения отказов, вызванных старением в условиях окружающей среды.

· Визуальный осмотр:

Проверьте поверхность платы на наличие трещин, расслоений, пузырей, плавных краев проводников и заусенцев на стенках отверстий, чтобы убедиться в отсутствии явных дефектов внешнего вида.