Rogers PCB

Kaj je Rogers PCB?

Rogers PCB se nanaša na visoko zmogljivo tiskano vezje, izdelano z uporabo specializiranih laminatnih materialov, ki jih proizvaja podjetje Rogers Corporation, ameriško podjetje za napredne materiale in tehnologijo. Za razliko od običajnih FR-4 Tiskanih vezij, ki so izdelana iz epoksidnega smola in steklenih vlaken, se v njem uporabljajo predvsem materiali, kot so politetrafluoroetilen (PTFE), keramično napolnjeni kompoziti ali ogljikovodikove zmesi. Zlasti je primeren za visokofrekvenčne in visokohitrostne elektronske aplikacije ter velja za referenco v povezanih področjih. Spodaj sledi podroben uvod:

Serija osnovnih materialov

Izjemne zmogljivostne prednosti

Nizka izguba signala:

Njegovi materiali imajo nizek faktor disipacije. Ko se signali prenašajo pri frekvencah nad 2 GHz, so izgube veliko nižje kot pri tradicionalnih FR-4 tiskanih vezjih, kar učinkovito zagotavlja integriteto signalov.

Stabilne dielektrične lastnosti:

Dielektrična konstanta ostaja stabilna v širokem območju temperatur in frekvenc. To omogoča inženirjem natančno načrtovanje vezij, kot so prilagoditev impedanc in prenosne linije.

Močna prilagodljivost okolju:

Številni materiali v tej seriji imajo nizek vsebnik vode, kar omogoča stabilen obratovanje v okoljih z visoko vlažnostjo. Hkrati imajo visoke temperature steklaste prehodnosti (splošno nad 280 °C) ter odlično toplotno stabilnost, ki lahko prenese ekstremne spremembe temperature.

Glavna področja uporabe

Telekomunikacije:

Gre za osnovni material za RF module 5G baznih postaj, milimetrsko valovne antene in opremo za satelitsko komunikacijo, ki izpolnjuje zahteve po nizkih izgubah in hitrem prenosu signalov v komunikacijskih sistemih.

Zračno in obrambno:

Uporablja se v radarjih, modulih za vodenje raket in elektronski opremi na kateri deluje v vesolju. Njegova nizka zmogljivost izhlapevanja in odpornost proti trdim okoljem omogočata prilagoditev kompleksnim pogoji v vesolju in na bojišču.

Avtomobilska elektronika:

Uporablja se v avtomobilskih radarjih, vozilskih modulih za 5G komunikacijo ter kontrolnih sistemih za napajanje vozil z novimi viri energije, ki prenesejo visokotemperaturno in visokovibracijsko delovno okolje v vozilih.

Preskusna in merilna instrumenta:

Uporablja se v generatorjih visokofrekvenčnih signalov, vektorskih analizatorjih omrežij in drugih točnostnih instrumentih, kar zagotavlja natančnost in stabilnost meritev instrumentov.

Plošča rogers vezja, izdelana iz materialov Rogers, z unikatno formulo podlage in konstrukcijo lastnosti, ima naslednje ključne prednosti v primerjavi s tradicionalnimi FR-4 tiskanimi vezji in običajnimi visokofrekvenčnimi tiskanimi vezji, zlasti primerna za visokofrekvenčne, visokohitrostne in visokozanesljive uporabne scenarije:

Najvišja zmogljivost prenosa visokofrekvenčnega signala

· Zelo majhne dielektrične izgube:

Dejavnik izgub (Df) podlag Rogers (na primer na osnovi PTFE, keramično napolnjeni kompoziti) je izjemno nizek (običajno < 0,0025@10 GHz), veliko nižji kot pri FR-4 (Df ≈ 0,02@10 GHz), zaradi česar so izgube signala znatno zmanjšane v visokofrekvenčnem pasovju nad 2 GHz. Učinkovito zagotavlja celovitost signala v 5G, milimetrskih valovnih in mikrovalovnih komunikacijah, da se prepreči izkrivljanje podatkov ali upad učinkovitosti prenosa.

· Stabilna dielektrična konstanta (Dk):

Dielektrična konstanta se zelo malo spreminja s temperaturo (-55 ℃ do 125 ℃) in frekvenco (obseg nihanja < ±2 %). Inženirji lahko natančno zasnujejo prilagoditev impedance in prenosne linije (na primer mikrotrakovne in ravninske linije), da zagotovijo doslednost RF vezja. Posebej primerno za scenarije z strogi zahtevami glede natančnosti impedance, kot so radar in satelitske komunikacije.

Odlična toplotna stabilnost in okoljska prilagodljivost

· Visoka temperatura steklaste prehodnosti (Tg): večina podlag Rogers ima Tg nad 280 °C (pri nekaterih izdelkih, kot je RO4350B, je Tg 280 °C, medtem ko RT5880 nima jasne prevojne točke), kar je veliko višje od FR-4 (Tg ≈ 130 °C). Pri visokih temperaturah se ne mehčajo in ne deformirajo ter zdržijo visoke temperature v procesu lepljenja (260 °C) ter dolgotrajna delovanja v vročih okoljih.

· Nizka stopnja vpijanja vode:

Stopnja vpijanja vode podlage je manjša od 0,03 % (stopnja vpijanja vode pri FR-4 ≈ 0,15 %), zaradi česar v okoljih z visoko vlažnostjo (npr. morskih ali zunanjih baznih postajah) ne pride do poslabšanja lastnosti, izogiba se poslabšanju dielektričnih lastnosti ali koroziji prevodov zaradi vpijanja vlage ter podaljša življenjsko dobo tiskane vezave (PCB). poslabšanje dielektričnih lastnosti ali korozija prevodov zaradi vpijanja vlage skrajšata življenjsko dobo tiskane vezave (PCB).

· Odpornost proti ekstremnim okoljem:

Odporen na sevanje in kemično korozijo, primeren za posebne scenarije, kot so letalski in vesoljski sektor (svetlobno sevanje) in industrijski nadzor (kislo in alkalno okolje), z nizko izpuščanje plina (izpolnjuje standarde NASA), ne bo sprostijo hlapne snovi, ki onesnažujejo natančne komponente.

Izjemne mehanske in obdelovalne lastnosti

· Visoka dimenzijska stabilnost:

Koefficient toplotne širitve (CTE) podlage ustreza dobro bakreni foliji (CTE na osi X/Y ≈14 ppm/°C in na osi Z ≈60 ppm/°C). PCB-jevni preobrat je zelo nizek po z visoko temperaturo spajkanje ali ciklični temperaturni tok, ki zmanjšuje tveganje za napako spajkanja naprave. To je še posebej primerno za embalažo z visoko gostoto, kot sta BGA in flip-chip.

· združljivi s konvencionalnimi postopki PCB:

Standardni postopki izdelave tiskanih vezij (graviranje, vrtanje, metalizacija, lotkanje) se lahko uporabijo brez posebne opreme, podpira pa tudi debele bakrene (≥2 oz) in večplastne konstrukcije plošč, kar uravnoveša visoko zmogljivost in izvedljivost procesa izvedljivost procesa in zmanjšuje težavnost serijske proizvodnje.

Prilagodljivost zahteve po visoki moči in integraciji

· Odlična toplotna prevodnost:

Keramično napolnjene podlage Rogers (na primer RO3003) imajo toplotno prevodnost do 0,6 W/(m · K), kar je višje kot pri FR-4 (0,3 W/(m · K)). Hitro odvajajo toploto ustvarjeno pri visokofrekvenčnih RF napravah z visoko močjo, s čimer preprečujejo lokalno pregrevanje in poslabšanje zmogljivosti.

· Podpora integriranim pasivnim komponentam:

Nekatere podlage Rogers (na primer serije, združljive z LTCC) omogočajo integracijo pasivnih komponent (uporniki, kondenzatorji), s čimer se zmanjša število zunanjih komponent, doseganje miniaturizacije in olajšanja tiskanih vezij, ter primernost za scenarije z omejenim prostorom, kot so brezpilotna letala in radarski sistemi na vozilih.

Prednost energetske učinkovitosti, ki jo prinaša nizek izgubni faktor

V RF ojačevalnikih moči in modulih oddajnih postaj lahko izjemno nizke dielektrične izgube zmanjšajo izgube energije med prenosom signala, izboljšajo razmerje energetske učinkovitosti opreme, zmanjšajo skupno porabo energije naprave ter hkrati zmanjšajo nastajanje toplote, s čimer se dodatno izboljša konstrukcija hlajenja.

Zaradi pomembnih razlik v lastnostih podlag med ploščami rogers pcb in tradicionalnimi FR-4 ploščami je postopek izdelave potrebno ciljno nadzirati glede na posamezne procesne podrobnosti. Osnovne točke, ki jih je treba upoštevati, so naslednje:

Obdelava in shranjevanje podlage

· Pogoji shranjevanja:

Izhodiščni materiali Rogers (zlasti materiali na osnovi PTFE) so nagnjeni k vpijanju vlage in jih je treba shranjevati v okolju s konstantno temperaturo in vlažnostjo (temperatura 20–25 °C, vlažnost < 50 %). Če material ni takoj uporabljen po odpiranju, ga je treba vakuumsko zapreti in zatesniti, da se prepreči vpijanje vlage, ki lahko povzroči nastanek mehurčkov in odlaminacijo med vijanjem. · Rezanje osnovnega materiala:

uporabite namenska orodja iz trdega litja za rezanje, da preprečite razpoke na robovih osnovnega materiala (osnovni material PTFE ima slabo žilavost). Po rezanju je treba odstraniti ostankov z robov, da se prepreči poškodba površine plošče med nadaljnjim procesiranjem.

· Čiščenje površine: površina plošče med nadaljnim obdelovanjem.

· Čiščenje površine:

Ne uporabljajte močnih korozivnih čistil na površini podlage. Izopropilni alkohol je priporočen za brisanje, da odstranite madeže olja ali prah in tako preprečite onesnaženje, ki bi lahko vplivalo na lepilno trdnost bakra plast.

Vrtanje in oblikovanje

· Parametri vrtanja:

PTFE osnovni material Rogers ima visoko trdoto in slabo toplotno prevodnost. Pri vrtanju je treba izbrati vrtake s tanko plastjo diamanta. Zmanjšajte vrtilno hitrost (za 20 % do 30 % nižjo kot pri FR-4), povečajte hitrost pospeševanja in hkrati izboljšajte hlajenje (z vodno topnimi sredstvi za hlajenje), da preprečite obrabo vrtaka ali ablacijo osnovnega materiala. Pri podlagah napolnjenih z aluminijevim nitridom je potrebno preprečiti nastanek mikropraskov med vrtanjem. Lahko se uporabi postopno vrtanje.

· Obdelava stene luknje:

Po vrtanju je potrebno opraviti plazemsko čiščenje ali kemično etaliranje, da se odstranijo ostanki podlage s stene luknje (ostanki PTFE-ja so težko odstranljivi), kar zagotavlja oprijem kovine na steni luknje.

Izogibajte se prekomernemu vrezovanju, ki lahko povzroči hrapave stene lukenj in vpliva na enakomernost prevleke.

· Oblikovanje:

Uporablja se natančno graviranje z CNC ali lasersko rezkanje, da se izognemo izrezovanju (kar lahko povzroči odlaminacijo materialov na osnovi PTFE). Po rezkanju je treba robove obrusiti, da se odstranijo ostrine.

Metalizacija in galvanska obdelava

· Predtretman za poniklanje bakra:

Površina podlage Rogers je zelo inertna (še posebej PTFE), zato je treba uporabiti posebne postopke za brušenje (kot je natrijeva naftalenova obdelava, plazemska vrezovanje), da se poveča hrapavost površine podlage in izboljša adhezija bakrenega sloja. Izogibajte se prekomernemu brušenju, ki bi lahko poškodovalo površino podlage.

· Parametri galvanske obdelave:

Pri galvanskem nanosu bakra je treba zmanjšati gostoto toka (za 15 % nižjo kot pri FR-4), podaljšati čas galvanske obdelave ter zagotoviti enakomeren premaz. Pri konstrukcijah z debelim bakerjem (≥2 oz) uporabite delno galvansko obdelavo je treba sprejeti, da se prepreči neenakomerna debelina prevleke ali nastanek pinhole-ov.

· Kontrola prevleke:

Osredotočite se na preverjanje pokritosti in oprijema prevleke na steni luknje. Oprijem prevleke na steni luknje pri PTFE-osnovnih tiskanih vezih Rogers mora biti ≥1,5 N/mm, da se prepreči odluščevanje prevleke med kasnejšo uporabo.

Tiskanje in izdelava vezij

· Izbira trosilnega sredstva:

Uporabite kisla trosilna sredstva (npr. sistem bakerjev klorid), da se izognete uporabi alkalnih trosilnih sredstev, ki bi lahko povzročila korozijo podlag Rogers (nekatere keramično napolnjene podlage imajo slabo odpornost proti alkalijem); Med postopkom trosjenja je treba strogo nadzorovati temperaturo (25 do 30 ℃) in hitrost trosjenja, da se prepreči prekomerno stransko trosjenje, ki bi lahko povzročilo zmanjšanje natančnosti vezja.

· Kompenzacija linij:

Nastavite količino kompenzacije za graviranje glede na vrsto osnovnega materiala (stranska stopnja graviranja PTFE osnovnega materiala je približno 8 % do 10 %, kar je višje kot pri FR-4), da zagotovite, da končna širina črte ustreza projektu zahtevam; Za fine črte (širina črte < 0,1 mm) je treba uporabiti visoko natančno opremo za izpostavljanje, da se izognete prelomljenim črtam ali kvarčnim vezem.

Lak proti zalitju in površinska obdelava

· Kompatibilnost laka proti zalitju:

Izberite trdni lak proti zalitju, odporen proti visoki temperaturi (Tg > 150 °C), ki je združljiv s podlagami Rogers, da preprečite odluščevanje barve zaradi slabega oprijema na podlagi. Pri tiskanju laka proti zalitju mora biti pritisk radlja zmanjšan, da preprečimo prodor barve v režo vezja.

· Postopek utrjevanja:

Temperaturo utrjevanja laka proti zalitju je treba postopoma povečevati (od 80 °C do 150 °C postopoma), da se izognemo deformaciji podlage zaradi nenadnega dviga temperature. Čas utrjevanja je za 10 % do 20 % daljši kot pri FR-4 za zagotovitev popolnega utrjevanja barvila.

· Izbira površinske obdelave:

Prednost dajte zlatenju (ENIG) ali kaljenju s kositrom in se izogibajte nanašanju z vročim zrakom (HASL) – vroč zrak visoke temperature lahko povzroči upogibanje podlage Rogers, materiali na osnovi PTFE pa imajo omejeno odpornost na toploto (temperature HASL nad 260 ℃ lahko podlago lahko enostavno poškodujejo).

Proces laminiranja

· Parametri laminacije:

Nastavite temperaturo, tlak in čas laminacije glede na vrsto podlage, da se izognete razgradnji podlage zaradi previsoke temperature ali odplastitvi zaradi neenakomernega tlaka.

· Obdelava odstranjevanja lepila:

Pred laminacijo je treba predhodno narezan list (PP) predogreti pri 100 ℃ za 30 minut, da se odstranijo hlapne snovi in prepreči nastajanje mehurčkov med laminacijo. Kombinacija podlage Rogers in PP mora imeti ujemanje koeficienta toplotnega raztezanja, da se zmanjša upogibanje po laminaciji.

· Nadzor ravnosti:

Po laminiranju večplastne Rogers plošče PCB je treba izvesti hladno stiskanje in nastavitev. Hitrost hlajenja je treba nadzorovati pri 5℃/min, da se izognemo preveliki temperaturni razliki, ki bi lahko povzročila upogibanje površine plošče (stopnja upogibanja mora biti ≤0,3%).

Preizkušanje in nadzor kakovosti

· Testiranje električnih lastnosti:

Osredotočite se na preverjanje impedancije vodnikov, izgube pri vstavljanju in koeficient stoječega valovanja. Uporabite analizator omrežja za celovito testiranje v zasnovanem frekvenčnem pasu, da zagotovite, da visokofrekvenčne lastnosti ustrezajo standardi.

· Testiranje zanesljivosti:

Izvedite teste toplotnega cikliranja in vlažnega toplote, da preverite stabilnost zlepkov med podlago in bakrenim slojem ter z zaščitnim slojem lemu, da preprečite okvare, povzročene s staranjem v okolju.

· Vizualni pregled:

Preverite površino plošče glede razpok, odlaminacije, mehurčkov, gladkih robov vezij ter ostružin na stenah lukenj, da zagotovite odsotnost očitnih napak na videz.