Rogers PCB

Rogers PCB là gì?

Rogers PCB chỉ một bảng mạch in hiệu suất cao được sản xuất bằng các vật liệu laminate chuyên dụng do Rogers Corporation sản xuất, một doanh nghiệp công nghệ và vật liệu tiên tiến của Mỹ. Khác với các bảng mạch in FR-4 thông thường Được làm từ nhựa epoxy và sợi thủy tinh, loại này chủ yếu sử dụng các vật liệu như polytetrafluoroethylene (PTFE), các hợp chất gốm được bổ sung hoặc hỗn hợp hydrocarbon. Nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng điện tử tần số cao và tốc độ cao và được biết đến như tiêu chuẩn trong các lĩnh vực liên quan. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:

Dòng Vật liệu Lõi

Ưu điểm Hiệu suất Nổi bật

Tổn hao tín hiệu thấp:

Vật liệu của nó có hệ số tổn hao thấp. Khi tín hiệu được truyền ở tần số trên 2GHz, tổn hao thấp hơn nhiều so với các mạch in FR-4 truyền thống, điều này hiệu quả đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu.

Tính chất điện môi ổn định:

Hằng số điện môi giữ nguyên ổn định trong một phạm vi rộng về nhiệt độ và tần số. Điều này cho phép các kỹ sư thiết kế chính xác các mạch như phối hợp trở kháng và đường truyền.

Khả Năng Thích Nghi Môi Trường Mạnh:

Nhiều vật liệu trong dòng sản phẩm của nó có khả năng hấp thụ nước thấp, cho phép hoạt động ổn định trong môi trường độ ẩm cao. Đồng thời, chúng có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (thường trên 280°C) và tính ổn định nhiệt tuyệt vời, điều đó có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Điện thông tin:

Là vật liệu cốt lõi cho các mô-đun RF trạm gốc 5G, ăng-ten sóng milimet và thiết bị thông tin vệ tinh, đáp ứng nhu cầu truyền tín hiệu tốc độ cao và tổn hao thấp trong các hệ thống truyền thông.

Không gian và Quốc phòng:

Được ứng dụng trong các hệ thống radar, mô-đun dẫn đường tên lửa và thiết bị điện tử dùng trên không gian. Hiệu suất thoát khí thấp và khả năng chịu đựng môi trường khắc nghiệt giúp thích nghi với các điều kiện phức tạp trong không gian và chiến trường.

Điện tử ô tô:

Nó được sử dụng trong radar ô tô, các mô-đun truyền thông 5G trên xe và hệ thống điều khiển điện năng cho phương tiện năng lượng mới, có khả năng chịu được môi trường làm việc nhiệt độ cao và rung động mạnh trong xe.

Thiết bị kiểm tra và đo lường:

Nó được sử dụng trong các máy phát tín hiệu tần số cao, máy phân tích mạng véc-tơ và các thiết bị chính xác khác, đảm bảo độ chính xác và ổn định của phép đo thiết bị.

Tấm mạch Rogers do Rogers Materials sản xuất, với công thức chất nền độc đáo và thiết kế hiệu suất, mang lại những ưu điểm cốt lõi sau đây so với các tấm PCB FR-4 truyền thống và các tấm PCB tần số cao thông thường, đặc biệt phù hợp cho các tình huống ứng dụng tần số cao, tốc độ cao và độ tin cậy cao:

Hiệu suất truyền tải tín hiệu tần số cao tối ưu

· Tổn hao điện môi cực thấp:

Hệ số tổn hao (Df) của các chất nền Rogers (như PTFE-based, composite có độn gốm) cực kỳ thấp (thường < 0,0025@10GHz), thấp hơn nhiều so với FR-4 (Df≈0,02@10GHz), và mức suy hao tín hiệu bị giảm đáng kể trong dải tần số cao trên 2GHz. Đảm bảo hiệu quả tính toàn vẹn tín hiệu trong truyền thông 5G, sóng milimet và vi ba để ngăn ngừa méo dữ liệu hoặc suy giảm hiệu suất truyền dẫn.

· Hằng số điện môi ổn định (Dk):

Hằng số điện môi thay đổi rất ít theo nhiệt độ (-55℃ đến 125℃) và tần số (phạm vi dao động < ±2%). Kỹ sư có thể thiết kế chính xác sự phối hợp trở kháng và các đường truyền (ví dụ như đường dải vi dải và đường dải đối xứng) để đảm bảo tính nhất quán trong hiệu năng mạch RF. Đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác trở kháng, như radar và viễn thông vệ tinh liên lạc.

Tính ổn định nhiệt tuyệt vời và khả năng thích nghi với môi trường

· Nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg): Hầu hết các vật liệu nền Rogers đều có Tg trên 280℃ (một số sản phẩm như RO4350B có Tg là 280℃, trong khi RT5880 không có điểm uốn rõ rệt), cao hơn nhiều so với FR-4 (Tg≈130℃). Chúng không bị mềm hay biến dạng trong điều kiện nhiệt độ cao và có thể chịu được nhiệt độ hàn cao (260℃) cũng như môi trường làm việc nhiệt độ cao trong thời gian dài.

· Tỷ lệ hấp thụ nước thấp:

Tỷ lệ hấp thụ nước của vật liệu nền nhỏ hơn 0,03% (tỷ lệ hấp thụ nước của FR-4 ≈0,15%), không bị suy giảm hiệu năng trong môi trường độ ẩm cao (như biển và trạm phát ngoài trời), tránh được suy giảm tính chất điện môi hoặc ăn mòn đường dẫn do hấp thụ hơi ẩm, từ đó kéo dài tuổi thọ của mạch in PCB.

· Khả năng chịu đựng môi trường khắc nghiệt:

Chống chịu được bức xạ và ăn mòn hóa học, phù hợp với các tình huống đặc biệt như hàng không vũ trụ (bức xạ không gian) và điều khiển công nghiệp (môi trường axit và kiềm), đồng thời có độ thoát khí thấp (đạt tiêu chuẩn NASA), sẽ không giải phóng các chất dễ bay hơi gây nhiễm bẩn các linh kiện chính xác.

Hiệu suất cơ học và gia công vượt trội

· Tính ổn định kích thước cao:

Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của vật liệu nền phù hợp tốt với lá đồng (CTE trên trục X/Y ≈14ppm/℃, và trên trục Z ≈60ppm/℃). Độ cong vênh PCB cực thấp sau khi hàn nhiệt độ cao hoặc chu kỳ thay đổi nhiệt độ, giảm nguy cơ lỗi hàn thiết bị. Đặc biệt phù hợp với các gói linh kiện mật độ cao như BGA và flip-chip.

· Tương thích với các quy trình PCB thông thường:

Có thể áp dụng các quy trình sản xuất PCB tiêu chuẩn (ăn mòn, khoan, mạ, hàn) mà không cần thiết bị đặc biệt, và hỗ trợ thiết kế bảng mạch dày đồng (≥2oz) và nhiều lớp, cân bằng giữa hiệu suất cao và khả năng thực hiện quy trình khả thi, đồng thời giảm độ khó trong sản xuất hàng loạt. giảm độ khó trong sản xuất hàng loạt.

Phù hợp với yêu cầu công suất cao và tích hợp

· Dẫn nhiệt xuất sắc:

Các chất nền gốm pha trộn của Rogers (ví dụ như RO3003) có độ dẫn nhiệt lên tới 0,6 W/(m·K), cao hơn so với FR-4 (0,3 W/(m·K)). Chúng có thể nhanh chóng dẫn nhiệt phát sinh từ các thiết bị RF công suất cao, ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt cục bộ và suy giảm hiệu suất.

· Hỗ trợ tích hợp các linh kiện thụ động:

Một số chất nền Rogers (ví dụ như dòng tương thích LTCC) có thể tích hợp các linh kiện thụ động (điện trở, tụ điện), giảm số lượng linh kiện bên ngoài, đạt được sự thu nhỏ và nhẹ hóa bảng mạch in (PCB), và phù hợp phù hợp với các tình huống bị giới hạn không gian như máy bay không người lái và radar gắn trên phương tiện.

Lợi thế về hiệu suất năng lượng mang lại bởi hệ số tổn hao thấp

Trong các bộ khuếch đại công suất RF và các mô-đun truyền tín hiệu trạm gốc, tổn hao điện môi cực thấp có thể giảm tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tín hiệu, cải thiện tỷ lệ hiệu suất năng lượng của thiết bị, hạ thấp mức tiêu thụ điện tổng thể của hệ thống máy, đồng thời giảm sinh nhiệt, từ đó tối ưu hóa thêm thiết kế tản nhiệt.

Do sự khác biệt đáng kể về đặc tính vật liệu nền giữa bảng mạch rogers pcb và các bảng mạch FR-4 truyền thống, quá trình sản xuất đòi hỏi phải kiểm soát có mục tiêu các chi tiết quy trình. Các điểm chính cần lưu ý như sau:

Xử lý và bảo quản vật liệu nền

· Điều kiện bảo quản:

Vật liệu nền Rogers (đặc biệt là vật liệu nền PTFE) dễ hấp thụ độ ẩm và nên được bảo quản trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm ổn định (nhiệt độ 20~25℃, độ ẩm < 50%). Nếu không sử dụng ngay sau khi mở bao, cần đóng gói chân không và hàn kín để ngăn hấp thụ độ ẩm, tránh gây ra hiện tượng bong lớp và tạo bọt trong quá trình hàn.

· Cắt vật liệu nền:

Sử dụng dụng cụ hợp kim cứng chuyên dụng để cắt nhằm tránh nứt vỡ mép vật liệu (vật liệu nền PTFE có độ dẻo dai kém). Sau khi cắt, cần làm sạch vụn thừa ở mép để tránh làm xước bề mặt bảng mạch trong các công đoạn gia công tiếp theo.

· Làm sạch bề mặt:

Không sử dụng các chất tẩy rửa ăn mòn mạnh trên bề mặt vật liệu nền. Nên dùng cồn isopropyl để lau nhằm loại bỏ dầu mỡ hoặc bụi, tránh nhiễm bẩn có thể ảnh hưởng đến độ bám dính của đồng phủ.

Quy trình khoan và tạo hình

· Thông số khoan:

Vật liệu Rogers dạng PTFE có độ cứng cao và khả năng dẫn nhiệt kém. Khi khoan, nên chọn mũi khoan phủ kim cương. Giảm tốc độ quay (thấp hơn 20% đến 30% so với FR-4), tăng tốc độ chạy dao, đồng thời tăng cường làm mát (sử dụng dung dịch làm mát hòa tan trong nước) để tránh mài mòn mũi khoan hoặc xói mòn vật liệu nền. Đối với các vật liệu nền có chứa nitride nhôm, cần tránh hình thành các vết nứt vi mô trong quá trình khoan. Có thể áp dụng phương pháp khoan từng bước.

· Xử lý thành lỗ:

Sau khi khoan, cần thực hiện làm sạch bằng plasma hoặc ăn mòn hóa học để loại bỏ các mảnh vụn còn sót lại trên thành lỗ (cặn PTFE khó loại bỏ), đảm bảo độ bám dính của lớp kim loại hóa trên thành lỗ.

Tránh ăn mòn quá mức có thể gây ra thành lỗ thô ráp và ảnh hưởng đến độ đồng đều của lớp phủ.

· Tạo hình:

Sử dụng khắc chính xác CNC hoặc cắt bằng laser để tránh dập (dễ gây tách lớp ở vật liệu nền PTFE). Sau khi cắt, các cạnh cần được mài để loại bỏ ba via.

Kim loại hóa và mạ điện

· Xử lý trước khi mạ đồng:

Bề mặt chất nền Rogers rất trơ (đặc biệt là PTFE), do đó cần áp dụng các quy trình làm nhám đặc biệt (như xử lý bằng naphthalene natri, ăn mòn plasma) để tăng độ nhám bề mặt của chất nền và cải thiện độ bám dính của lớp mạ đồng. Tránh làm nhám quá mức có thể gây hư hại bề mặt chất nền.

· Thông số mạ điện:

Khi mạ đồng, cần giảm mật độ dòng điện (thấp hơn 15% so với FR-4), kéo dài thời gian mạ và đảm bảo lớp phủ đồng đều. Đối với thiết kế đồng dày (≥2oz), mạ phân đoạn nên được áp dụng để ngăn ngừa độ dày lớp phủ không đồng đều hoặc các lỗ kim.

· Kiểm tra lớp phủ:

Tập trung kiểm tra độ phủ và độ bám dính của lớp phủ trên thành lỗ. Độ bám dính của lớp phủ trên thành lỗ của PCB Rogers dựa trên PTFE nên ≥1,5N/mm để ngăn ngừa hiện tượng bong tróc lớp phủ trong quá trình sử dụng sau này. sử dụng sau này.

Ăn mòn và chế tạo mạch

· Lựa chọn dung dịch ăn mòn:

Sử dụng các dung dịch ăn mòn axit (như hệ đồng clorua) để tránh dung dịch ăn mòn kiềm làm ăn mòn các nền Rogers (một số nền có chứa gốm có khả năng chịu kiềm kém); Trong quá trình ăn mòn, nhiệt độ (25 đến 30℃) và tốc độ ăn mòn phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh ăn mòn hai bên quá mức, có thể dẫn đến giảm độ chính xác của mạch.

· Bù trừ đường mạch:

Đặt trước lượng bù ăn mòn theo loại vật liệu nền (tỷ lệ ăn mòn bên của vật liệu nền PTFE khoảng 8% đến 10%, cao hơn so với FR-4) để đảm bảo chiều rộng đường dẫn cuối cùng đáp ứng thiết kế yêu cầu; Đối với các đường dẫn nhỏ (chiều rộng < 0,1mm), cần sử dụng thiết bị phơi sáng độ chính cao để tránh đứt mạch hoặc chập mạch.

Lớp phủ hàn và xử lý bề mặt

· Khả năng tương thích mực phủ hàn:

Chọn mực phủ hàn chịu nhiệt độ cao (Tg > 150℃) tương thích với nền Rogers để ngăn mực bị bong tróc do độ bám dính kém với nền. Khi in lớp phủ hàn, áp lực của lưỡi gạt cần được giảm xuống để tránh mực thấm vào khe hở của mạch.

· Quy trình đóng rắn:

Nhiệt độ đóng rắn lớp phủ hàn cần được tăng dần từng bước (từ 80℃ đến 150℃ dần dần) để tránh biến dạng nền do tăng nhiệt độ đột ngột. Thời gian đóng rắn dài hơn 10% đến 20% so với FR-4 để đảm bảo mực được đóng rắn hoàn toàn.

· Lựa chọn xử lý bề mặt:

Ưu tiên mạ vàng (ENIG) hoặc mạ thiếc, và tránh san phẳng bằng khí nóng (HASL) - khí nóng nhiệt độ cao có thể làm cong tấm nền Rogers, và vật liệu nền PTFE có khả năng chịu nhiệt hạn chế (nhiệt độ HASL trên 260℃ dễ gây hư hại cho tấm nền).

Quy trình Ghép lớp

· Thông số ép lớp:

Thiết lập nhiệt độ, áp suất và thời gian ép lớp phù hợp với loại tấm nền để tránh phân hủy tấm nền do nhiệt độ quá cao hoặc bong lớp do áp suất không đồng đều.

· Xử lý loại bỏ keo:

Trước khi ép lớp, cần sấy trước tấm bán cứng (PP) ở 100℃ trong 30 phút để loại bỏ các chất dễ bay hơi và ngăn ngừa tạo bọt trong quá trình ép lớp. Sự kết hợp giữa tấm nền Rogers và PP cần phù hợp về hệ số giãn nở nhiệt để giảm hiện tượng cong vênh sau khi ép lớp.

· Kiểm soát độ phẳng:

Sau khi bảng mạch Rogers nhiều lớp được ép dán, cần phải ép nguội và định hình. Tốc độ làm nguội nên được kiểm soát ở mức 5℃/min để tránh chênh lệch nhiệt độ quá lớn gây cong vênh bề mặt bảng mạch (mức độ cong vênh phải ≤0,3%).

Kiểm tra và Kiểm soát Chất lượng

· Kiểm tra tính năng điện:

Tập trung kiểm tra trở kháng đường mạch, tổn hao chèn và tỷ số sóng đứng. Sử dụng máy phân tích mạng để kiểm tra toàn dải trong dải tần đã thiết kế nhằm đảm bảo hiệu suất cao tần đáp ứng tiêu chuẩn.

· Kiểm tra độ tin cậy:

Thực hiện các bài kiểm tra chu kỳ nhiệt và kiểm tra nhiệt ẩm để xác minh độ ổn định liên kết giữa lớp nền và lớp đồng, cũng như lớp phủ hàn, nhằm ngăn ngừa sự cố do lão hóa môi trường.

· Kiểm tra ngoại hình:

Kiểm tra bề mặt bảng mạch có vết nứt, bong lớp, bọt khí, các cạnh mạch có nhẵn mịn, và các thành lỗ có ba via hay không để đảm bảo không có khuyết tật ngoại hình rõ ràng.