Rogers plošný spoj

Čo je Rogers PCB?

Rogers plošný spoj označuje vysokovýkonné tlačené dosky obvodov vyrobené pomocou špeciálnych laminátových materiálov vyrábaných spoločnosťou Rogers Corporation, americkým podnikom v oblasti pokročilých materiálov a technológií. Na rozdiel od bežných dosiek PCB, ktoré sú vyrobené z epoxidovej živice a sklenených vlákien, používa hlavne materiály ako polytetrafluóretylén (PTFE), keramikou plnené kompozity alebo uhľovodíkové zmesi. Je obzvlášť vhodná pre vysokofrekvenčné a vysokorýchlostné elektronické aplikácie a je považovaná za referenčný štandard v príslušných oblastiach. Nasleduje podrobný úvod:

Série základných materiálov

Vynikajúce prevádzkové výhody

Nízky strata signálu:

Jeho materiály majú nízky činiteľ rozptýlenia. Pri prenose signálov na frekvenciách vyšších ako 2 GHz sú straty oveľa nižšie ako u tradičných dosiek plošných spojov FR-4, čo efektívne zaisťuje integritu signálu.

Stabilné dielektrické vlastnosti:

Dielektrická konštanta zostáva stabilná v širokom rozsahu teploty a frekvencie. To umožňuje inžinierom presne navrhovať obvody, ako sú prispôsobenie impedancie a prenosové linky.

Silná prispôsobiteľnosť prostrediu:

Mnoho materiálov z tejto série má nízku absorpciu vody, čo umožňuje stabilný prevádzku vo vlhkých prostrediach. Súčasne majú vysoké teploty sklenenia (vo všeobecnosti vyššie ako 280 °C) a vynikajúcu tepelnú stabilitu, ktorá vydrží extrémne zmeny teploty.

Hlavné oblasti použitia

Telekomunikačné služby:

Je to kľúčový materiál pre RF moduly 5G základní stanicí, milimetrovové antény a satelitné komunikačné zariadenia, ktorý spĺňa požiadavky na nízke straty a vysokorýchlostný prenos signálu v komunikačných systémoch.

Letectvo a obrana:

Používa sa v radardoch, moduloch riadenia striel a palubných elektronických zariadeniach pre kozmos. Jeho nízke uvoľňovanie plynov a odolnosť voči náročným prostrediam umožňujú prispôsobiť sa zložitým podmienkam v kozme a na bojovom poli.

Automobilová elektronika:

Používa sa v automobilových radaroch, 5G komunikačných moduloch montovaných na vozidlá a v systémoch riadenia výkonu vozidiel s alternatívnym pohonom, kde odoláva vysokoteplotnému a silno vibráciám podliehajúcemu prevádzkovému prostrediu vozidiel.

Prístroje na testovanie a meranie:

Používa sa vo vysokofrekvenčných generátoroch signálov, vektorových analyzátoroch siete a iných presných prístrojoch, čo zaručuje presnosť a stabilitu merania prístrojov.

Doska plošných spojov Rogers vyrobená materiálmi Rogers, s jej jedinečným zložením bázy a návrhom výkonu, má nasledujúce kľúčové výhody oproti tradičným doskám FR-4 a bežným vysokofrekvenčným doskám plošných spojov, najmä je vhodná pre vysokofrekvenčné, vysokorýchlostné a vysokonáročné aplikačné scenáre:

Najvyšší výkon pri prenose vysokofrekvenčných signálov

· Extrémne nízke dielektrické straty:

Stratový faktor (Df) substrátov Rogers (napr. na báze PTFE, keramikou plnené kompozity) je extrémne nízky (zvyčajne < 0,0025@10 GHz), oveľa nižší ako u FR-4 (Df ≈ 0,02@10 GHz), a tým sa signál útlm výrazne zníži v pásmach vysokej frekvencie nad 2 GHz. Efektívne zabezpečuje integritu signálu v 5G, milimetrových a mikrovlnných komunikáciách, čím sa zabráni skresleniu dát alebo poklesu účinnosti prenosu.

· Stabilná dielektrická konštanta (Dk):

Dielektrická konštanta sa veľmi málo mení so zmenou teploty (-55 ℃ až 125 ℃) a frekvencie (rozsah kolísania < ±2 %). Inžinieri môžu presne navrhnúť prispôsobenie impedancie a transmisné linky (napr. mikropásmové linky a linky typu stripline) tak, aby zabezpečili konzistentnosť výkonu RF obvodov. Je obzvlášť vhodný pre aplikácie s prísnymi požiadavkami na presnosť impedancie, ako napríklad radar a satelitná komunikácia.

Vynikajúca tepelná stabilita a environmentálna prispôsobivosť

· Vysoká teplota skelného prechodu (Tg): Väčšina substrátov Rogers má Tg nad 280 °C (niektoré výrobky, ako napríklad RO4350B, majú Tg 280 °C, zatiaľ čo RT5880 nemá zreteľný inflexný bod), čo je oveľa vyššie ako u FR-4 (Tg ≈ 130 °C). Pri vysokých teplotách nepochádzajú k miekčeniu ani deformácii a odolávajú vysokým teplotám pri spájkovaní (260 °C) a dlhodobému prevádzkovému prostrediu za vysokých teplôt.

· Nízka vsakovacia schopnosť vody:

Vsakovacia schopnosť substrátu je nižšia ako 0,03 % (vsakovacia schopnosť FR-4 ≈ 0,15 %), a preto nedochádza k degradácii vlastností vo vysokovlhkom prostredí (napr. v námornej atmosfére a vonkajších základňových staničiach), čím sa zabráni zhoršeniu dielektrických vlastností alebo koreózii vodivých dráh spôsobenej nasávaním vlhkosti a predlžuje sa tak životnosť DPS.

· Odolnosť voči náročným prostrediam:

Odolný voči žiareniu a chemickému koróznemu pôsobeniu, vhodný pre špeciálne scenáre ako letecký a vesmírny priemysel (vesmírne žiarenie) a priemyselné riadenie (kyslé a alkalické prostredia), a s nízkym výparom (vyhovuje normám NASA), neuväľuje prchavé látky, ktoré by mohli znečistiť presné komponenty.

Vynikajúce mechanické a spracovateľné vlastnosti

· Vysoká rozmerná stabilita:

Súčiniteľ tepelnej rozťažnosti (CTE) substrátu dobre zodpovedá medi (CTE na osi X/Y ≈14 ppm/℃ a na osi Z ≈60 ppm/℃). Vyhnutie dosky PCB je extrémne nízke po spájkovaní za vysokých teplôt alebo cyklovaní teploty, čo znižuje riziko poruchy spojov zariadenia. Je obzvlášť vhodné pre vysoko husté balenie ako BGA a flip-chip.

· Kompatibilné s bežnými procesmi výroby dosiek PCB:

Štandardné procesy výroby dosiek plošných spojov (leptanie, vŕtanie, metalizácia, spájkovanie) je možné použiť bez špeciálneho vybavenia a podporujú hrubé meď (≥2 unce) a viacvrstvové návrhy dosiek, čo zabezpečuje rovnováhu medzi vysokým výkonom a technologickou realizovateľnosťou a zníženie náročnosti sériovej výroby. vysokej úrovni a technologickou realizovateľnosťou a zníženie náročnosti sériovej výroby.

Prispôsobiť sa požiadavkám vysokého výkonu a integrácie

· Vynikajúca tepelná vodivosť:

Keramikou plnené substráty Rogers (napr. RO3003) majú tepelnú vodivosť až 0,6 W/(m · K), čo je vyššie ako u FR-4 (0,3 W/(m · K)). Dokážu rýchlo odvádzať teplo vytvorené vysokovýkonnými RF zariadeniami, zabraňujúc lokálnemu prehriatiu a degradácii výkonu.

· Podpora integrovaných pasívnych súčiastok:

Niektoré substráty Rogers (napr. série kompatibilné s LTCC) je možné integrovať s pasívnymi súčiastkami (rezistory, kondenzátory), čím sa zníži počet externých súčiastok, dosiahnutie miniaturizácie a ľahkosti DPS, a tým vhodné pre scenáre s obmedzeným priestorom, ako sú drony a vozidlové radary.

Výhoda energetickej účinnosti v dôsledku nízkeho faktora strát

V RF zosilňovačoch výkonu a moduloch prenosu základnových stáníc môže ultra-nízka dielektrická strata znížiť straty energie počas prenosu signálu, zlepšiť pomer energetickej účinnosti zariadenia, znížiť celkovú spotrebu energie stroja a súčasne znížiť tvorbu tepla, čím sa ďalej optimalizuje konštrukcia chladenia.

Vzhľadom na významné rozdiely v charakteristikách substrátu medzi doskami plošných spojov Rogers a tradičnými doskami FR-4 vyžaduje výrobný proces cieľavedomú kontrolu procesných detailov. Hlavné body, na ktoré je potrebné upozorniť, sú nasledovné:

Spracovanie a skladovanie substrátu

· Podmienky skladovania:

Základné materiály Rogers (obzvlášť materiály na báze PTFE) sú náchylné na vsakovanie vlhkosti a mali by sa skladovať v prostredí s konštantnou teplotou a vlhkosťou (teplota 20–25 °C, vlhkosť < 50 %). Ak sa po otvorení nepoužijú bezodkladne, mali by sa uskladniť vo vákuovej obale a uzavrieť, aby sa zabránilo vsakovaniu vlhkosti, ktoré môže spôsobiť vznik bublín a delamináciu počas spájkovania.

· Rezanie základného materiálu:

Na rezanie použite špeciálne tvrdé zariadenia, aby ste predišli vzniku trhlín na okrajoch základného materiálu (materiál na báze PTFE má nízku húževnatosť). Po rezaní je potrebné odstrániť úlomky, aby nedošlo k poškrabaniu povrchu dosky počas následného spracovania.

· Čistenie povrchu:

Na povrchu substrátu nepoužívajte silné korozívne čistiace prostriedky. Na odstránenie olejových škvŕn alebo prachu sa odporúča utieranie izopropylalkoholom, aby sa predišlo kontaminácii, ktorá môže ovplyvniť adhéznu pevnosť medi. vrstva.

Vŕtanie a tvárnenie

· Vrtacie parametre:

PTFE-bazovaný materiál Rogers má vysokú tvrdosť a zlú tepelnú vodivosť. Pri vŕtaní je potrebné použiť vrtáky s diamantovým povlakom. Znížte otáčky (o 20 % až 30 % nižšie ako pri FR-4), zvýšte posuv a súčasne zabezpečte lepšie chladenie (použitím vodovo rozpustného chladiaceho prostriedku), aby ste predišli opotrebeniu vrtáka alebo ablácii základného materiálu. U substrátov plnených nitrilom hliníka je potrebné počas vŕtania zabrániť vzniku mikrotrhlín. Môže byť použitá postupná metóda vŕtania.

· Úprava steny otvoru:

Po vŕtaní je potrebné vykonať plazmové čistenie alebo chemické leptanie, aby sa odstránili zvyšky materiálu na stene otvoru (zvyšky PTFE je ťažké odstrániť), čo zabezpečí adhéziu kovového povlaku na stene otvoru.

Vyhnite sa nadmernému leptaniu, ktoré môže spôsobiť drsné steny otvorov a ovplyvniť rovnomernosť povlaku.

· Tvorenie tvaru:

Používa sa CNC precízne gravírovanie alebo laserové rezanie, aby sa zabránilo strihaniu (ktoré môže ľahko spôsobiť odlupovanie materiálov na báze PTFE). Po rezaní je potrebné hrany ohladiť, aby sa odstránili ostré okraje.

Metalizácia a galvanizácia

· Predúprava pre medené povlaky:

Povrch substrátu Rogers je vysokej inertnosti (obzvlášť PTFE), preto je potrebné použiť špeciálne matovacie procesy (napr. spracovanie sodíkom a naftalénom, plazmové leptanie) na zvýšenie drsnosti povrchu substrátu a zlepšenie priľnavosti vrstvy medenej pokovovej vrstvy. Vyhnite sa nadmernému matovaniu, ktoré môže spôsobiť poškodenie povrchu substrátu.

· Parametre galvanizácie:

Pri galvanickom pokovovaní meďou je potrebné znížiť hustotu prúdu (o 15 % nižšiu ako u FR-4), predĺžiť čas pokovovania a zabezpečiť rovnomerný povlak. Pri konštrukciách s hrubou meďou (≥2 unce), segmentovaná galvanizácia by sa malo prijať, aby sa zabránilo nerovnomernej hrúbke povlaku alebo dierkam.

· Kontrola povlaku:

Zamerajte sa na kontrolu pokrytia a prilnavosti povlaku na stene otvoru. Prilnavosť povlaku na stene otvoru PTFE založených dosiek Rogers by mala byť ≥1,5 N/mm, aby sa zabránilo odlupovaniu povlaku počas následného používania.

Leptanie a výroba obvodov

· Výber leptacieho roztoku:

Použite kyslé leptacie roztoky (napr. systém chloridu medi), aby ste sa vyhli korózii nosných materiálov Rogers alkalickej látkou (niektoré keramikou plnené materiály majú nízku odolnosť voči alkáliám); Počas procesu leptania je potrebné prísne kontrolovať teplotu (25 až 30 ℃) a rýchlosť leptania, aby sa zabránilo nadmernému bočnému leptaniu, ktoré môže viesť k zníženiu presnosti obvodu.

· Kompenzácia vedenia:

Nastavte množstvo kompenzácie leptania podľa typu základného materiálu (stranová rýchlosť leptania materiálu na báze PTFE je približne 8 % až 10 %, čo je vyššie ako u FR-4), aby sa zabezpečilo, že konečná šírka vodiča bude zodpovedať návrhu požiadavkam; Pre jemné vodiče (šírka vodiča < 0,1 mm) sa odporúča použiť vysokej presnosti expozície, aby sa predišlo prerušeniam alebo skratom.

Olovrant a povrchová úprava

· Kompatibilita olovrantovej farby:

Vyberte olovrantovú farbu odolnú voči vysokým teplotám (Tg > 150 ℃), ktorá je kompatibilná s Rogers podložkami, aby sa zabránilo odlupovaniu farby kvôli zlej adhézii k podložke. Pri tlači olovrantu by tlak hrebeňa mal byť znížený, aby sa zabránilo pretláčaniu farby do medzier obvodu.

· Proces vytvrdzovania:

Teplota vytvrdzovania olovrantu by mala byť postupne zvyšovaná (postupne od 80 ℃ do 150 ℃), aby sa predišlo deformácii podložky spôsobenej náhlou zmenou teploty. Doba vytvrdzovania je o 10 % až 20 % dlhšia ako u FR-4 zabezpečiť úplné vytvrdnutie atramentu.

· Výber povrchovej úpravy:

Uprednostniť zlaté pokovovanie (ENIG) alebo cínenie, vyhnúť sa horúcej úrovni (HASL) – horúci vzduch pri vysokých teplotách môže spôsobiť skreslenie materiálu Rogers, a PTFE základné materiály majú obmedzenú odolnosť voči teplu (teploty HASL nad 260 ℃ môžu ľahko poškodiť substrát).

Laminačný proces

· Parametre laminácie:

Nastaviť teplotu, tlak a čas laminácie podľa typu substrátu, aby sa predišlo rozkladu substrátu kvôli príliš vysokým teplotám alebo odlúpeniu vrstiev kvôli nerovnomernému tlaku.

· Odstránenie lepidla:

Pred lamináciou je potrebné polotovar (PP) predohriať pri 100 ℃ po dobu 30 minút, aby sa odstránili letné látky a zabránilo tvorbe bublín počas laminácie. Kombinácia substrátu Rogers a PP musí zodpovedať koeficientu tepelnej rozťažnosti, aby sa znížilo skreslenie po laminácii.

· Riadenie rovinnosti:

Po laminácii viacvrstvovej dosky Rogers je potrebné vykonať chladenie a stabilizáciu. Rýchlosť ochladzovania by mala byť kontrolovaná na 5℃/min, aby sa predišlo nadmernému teplotnému rozdielu, ktorý môže spôsobiť skreslenie povrchu dosky (stupeň skreslenia by mal byť ≤0,3%).

Testovanie a kontrola kvality

· Testovanie elektrických vlastností:

Zamerajte sa na kontrolu impedancie vodičov, vložených strát a pomeru stojatej vlny. Použite analyzátor siete na komplexné testovanie vo vytvorenom frekvenčnom pásme, aby ste zabezpečili, že vysokofrekvenčné vlastnosti spĺňajú požiadavky normy.

· Testovanie spoľahlivosti:

Vykonajte testy tepelného cyklovania a vlhkého tepla, aby ste overili stabilitu spojenia medzi substrátom a medenou vrstvou, ako aj vrstvou laku odolného voči pájeniu, a predišli tak poruchám spôsobeným starnutím prostredia.

· Kontrola vzhľadu:

Skontrolujte povrch dosky na praskliny, odlupovanie, bubliny, hladké okraje obvodov a hrotiaky na stenách otvorov, aby ste zabezpečili žiadne zjav né vady vzhľadu.