ما هو PCB Rogers؟

مع تطور التكنولوجيا الإلكترونية، أصبح إنتاج المنتجات الإلكترونية يتطلب المزيد والمزيد من المواد، مثل المواد عالية التردد.

لنأخذ لوحة روجرز للدوائر المطبوعة (PCB) كمثال. مادة روجرز للدوائر المطبوعة هي نوع من اللوحات عالية التردد التي تنتجها شركة روجرز، وتختلف عن راتنجات الإيبوكسي التقليدية المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة. لا تحتوي على ألياف زجاجية في وسطها، وهي مادة عالية التردد أساسها السيراميك. عندما يتجاوز تردد تشغيل الدائرة 500 ميجاهرتز، يقل نطاق المواد المتاحة لمهندسي التصميم بشكل كبير.

تتميز مادة روجرز PCB بثابت عزل حراري ممتاز واستقرار حراري، كما أن معامل التمدد الحراري لثابت العزل الكهربائي الخاص بها متوافق تمامًا مع معامل تمدد رقائق النحاس، مما يُحسّن عيوب ركيزة بولي تترافلوروإيثيلين PTFE. وهي مناسبة جدًا للتصميم عالي السرعة، بالإضافة إلى تطبيقات الميكروويف والترددات الراديوية التجارية.

بسبب امتصاصه المنخفض للمياه، يمكن استخدامه كخيار مثالي في بيئة ذات رطوبة عالية، مما يوفر للعملاء في صناعة لوحات التردد العالي أفضل المواد ذات الجودة والموارد ذات الصلة، والتحكم الأساسي في جودة المنتج.

بشكل عام، يمكن تعريف لوحة Rogers PCB عالية التردد بأنها لوحة دوائر مطبوعة PCB بتردد أعلى من 1 جيجاهرتز. يتطلب أداؤها المادي ودقتها ومعاييرها التقنية متطلبات عالية، وتُستخدم بكثرة في أنظمة الاتصالات، وأنظمة منع تصادم السيارات، وأنظمة الأقمار الصناعية، وأنظمة الراديو، وغيرها من المجالات.

تصنيف سلسلة مواد لوحة PCB من Rogers

مادة لوحة PCB من Rogers سلسلة RO3000®:

تعتمد هذه المنتجات على مواد دوائر PTFE المملوءة بالسيراميك، وتشمل هذه المنتجات RO3003G2™، وRO3003™، وRO3203™، وRO3035™، وRO3006™، وRO3010™، وRO3210™. مادة لوحات روجرز للدوائر المطبوعة (PCB) سلسلة RO4000®: تُعدّ صفائح الهيدروكربون المملوءة بالسيراميك والمُشبّعة مسبقًا من Ro4000 سلسلة منتجات رائدة في هذا المجال. تشمل هذه المنتجات: RO4003C، وRO4350b، وRO4360G2، وRO4830، وRO4835T، وRO4533، وRO4534، وRO4535، وRO4725JXR، وRO4730G3.

مادة لوحة Rogers PCB RT/duroid® Laminate:

مادة دوائر التردد العالي RT/Duroid® هي صفائح مركبة تحتوي على حشوة PTFE (ألياف زجاجية عشوائية أو سيراميك)، وهي مناسبة للتطبيقات عالية الموثوقية، وفي مجال الطيران والفضاء، والدفاع الوطني. تشمل: RT/duroid® 5880، RT/duroid® 5880lz، RT/duroid® 5870، RT/duroid® 6002، RT/duroid® 6202، إلخ.

مادة لوحة PCB من Rogers سلسلة TMM®:

المواد المركبة القائمة على السيراميك والهيدروكربونات والبوليمرات الحرارية الصلبة، أرقام الموديل: TMM3، TMM4، TMM6، TMM10، TMM10i، وTMM13i، إلخ.

تحليل مفصل لمعلمات Rogers PCB

1. تتمتع ركيزة لوحة Rogers PCB بامتصاص منخفض للماء، وسوف يؤدي امتصاص الماء العالي إلى ثابت العزل وفقدان العزل عندما تكون رطبة.

2. يجب أن تكون معاملات التمدد الحراري لركيزة لوحة Rogers PCB ورقائق النحاس متسقة، وإلا، سيتم فصل رقائق النحاس أثناء تغيير الحرارة والبرودة.

3. يجب أن يكون فقدان العزل الكهربائي (Df) لمادة ركيزة لوحة روجرز PCB صغيرًا، مما يؤثر بشكل رئيسي على جودة نقل الإشارة. كلما قلّ فقدان العزل الكهربائي، قلّ فقدان الإشارة.

4. يجب أن يكون ثابت العزل الكهربائي (Dk) لركيزة لوحة روجرز PCB صغيرًا ومستقرًا. وبشكل عام، كلما كان أصغر، كان ذلك أفضل؛ إذ يتناسب معدل نقل الإشارة عكسيًا مع الجذر التربيعي لثابت العزل الكهربائي للمادة. ومن السهل أن يتسبب ارتفاع ثابت العزل الكهربائي في تأخير نقل الإشارة.

في الوقت الحالي، يتسارع انتشار شبكات الجيل الخامس عالميًا. يمكن تقسيم بنية محطات القاعدة التقليدية الموزعة لشبكات الجيل الثالث والرابع إلى وحدات BBU ووحدات RRU وأنظمة تغذية الهوائيات، حيث تتصل وحدات RRU وأنظمة تغذية الهوائيات بوحدة التغذية. مع تزايد خطر فقدان الإرسال مع الترددات العالية، يمكن لبنية أنظمة RRU وأنظمة تغذية الهوائيات المدمجة تقليل فقدان الإشارة على وحدة التغذية وتحسين كفاءة الإرسال. ويعني التكامل العالي استبدال عدد كبير من المكونات المتناثرة بلوحات PCB، مما يزيد في النهاية من استخدام لوحات PCB.

بعض خصائص مادة PCB من Rogers

 في عملية النمذجة السريعة للوحات الدوائر المطبوعة، تُعدّ لوحات روجرز PCB لوحات دوائر خاصة ذات متطلبات تقنية معينة، يصعب تشغيلها وتكلفتها مرتفعة. مصانع تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة العامة مُرهقة للغاية في التصنيع، أو بسبب قلة طلبات العملاء، لا ترغب في القيام بذلك أو نادرًا ما تقوم به.

تُمكّن مادة RO4350B من Rogers PCB مهندسي الترددات اللاسلكية من تصميم الدوائر بسهولة، مثل مطابقة الشبكات، والتحكم في معاوقة خطوط النقل، وغيرها. بفضل انخفاض فقدها العازل، تتميز RO4350B بمزايا أكثر من مواد لوحات الدوائر العادية في تطبيقات التردد العالي. يكاد يكون تذبذب ثابتها العازل مع درجة الحرارة الأقل بين المواد المماثلة. في نطاق ترددي واسع، يكون ثابتها العازل مستقرًا تمامًا، 3.48، والقيمة التصميمية الموصى بها هي 3.66. تُقلل رقائق النحاس LoPra™ من فقد الإدخال، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات النطاق العريض.

يمكن إزالة مادة Rogers PCB RO4003 باستخدام فرشاة نايلون تقليدية. قبل طلاء النحاس بالكهرباء بدون كهرباء، لا حاجة إلى معالجة خاصة. يجب معالجة اللوحة باستخدام عملية تقليدية باستخدام راتنج الإيبوكسي/الزجاج. بشكل عام، ليس من الضروري إزالة ثقب الحفر لأن نظام راتنج TG عالي (280 درجة مئوية فأكثر [536 درجة فهرنهايت]]) لا يتغير لونه بسهولة أثناء عملية الحفر. إذا كانت البقعة ناتجة عن عمليات حفر مكثفة، فيمكن إزالة الراتنج باستخدام دورة بلازما CF4/O2 قياسية أو عملية برمنجنات قلوية مزدوجة.

متطلبات طهي مواد RO4000 تعادل متطلبات راتنج الإيبوكسي/الزجاج. عمومًا، لا تحتاج المعدات التي لا تطبخ راتنج الإيبوكسي/الزجاج إلى طهي صفيحة RO4003. لتركيب راتنج الإيبوكسي/الزجاج المخبوز كجزء من العملية التقليدية، نوصي بالطهي على درجة حرارة تتراوح بين 300 و250 درجة مئوية (121 درجة فهرنهايت و149 درجة فهرنهايت) لمدة ساعة إلى ساعتين. لا يحتوي RO1 على أي مواد مثبطة للهب. من المفهوم أن الألواح المعبأة في وحدات الأشعة تحت الحمراء (IR) أو التي تعمل بسرعة نقل منخفضة جدًا قد تصل إلى درجات حرارة تزيد عن 2 درجة مئوية (4003 درجة فهرنهايت). يمكن أن يبدأ RO700 في الاحتراق عند هذه الدرجات العالية. يجب على النظام الذي لا يزال يستخدم جهاز إرجاع الأشعة تحت الحمراء أو أي معدات أخرى يمكنها الوصول إلى هذه الدرجات العالية من الحرارة اتخاذ الاحتياطات اللازمة لضمان عدم وجود أي خطر.

RO3003 هو مركب PTFE مملوء بالسيراميك، يُستخدم في دوائر التردد العالي، ويُستخدم في تطبيقات الميكروويف والترددات الراديوية التجارية. صُممت هذه السلسلة من المنتجات لتوفير ثبات كهربائي وميكانيكي ممتاز بأسعار تنافسية. تتميز مادة RO3003 من Rogers PCB بثبات ممتاز في ثابت العزل الكهربائي في جميع درجات الحرارة، بما في ذلك عدم تغير ثابت العزل الكهربائي عند استخدام مادة زجاج PTFE في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك، يتراوح معامل فقدان التردد لصفائح Ro3003 بين 0.0013 و10 جيجاهرتز.

حول PCBasic

الوقت هو المال في مشاريعك - و PCBasic يحصل عليه. PCBasic هو شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الذي يُعطي نتائج سريعة وخالية من العيوب في كل مرة. خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تشمل دعمًا هندسيًا متخصصًا في كل خطوة، مما يضمن أعلى جودة في كل لوحة. بصفتنا شركة رائدة الشركة المصنعة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور, نقدم حلاً شاملاً يُبسط سلسلة التوريد الخاصة بك. تعاون مع فريقنا المتطور مصنع نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق تحولات سريعة ونتائج متفوقة يمكنك الوثوق بها.

ما هي مادة FR4؟

قبل اتخاذ قرار بشأن اختيار لوحات FR4 أو Rogers PCBs، من الضروري تحديد مادة FR4 المطلوبة أولًا. تُعدّ مادة FR4 مادة شائعة الاستخدام في صناعة لوحات الدوائر، وتُصنع عن طريق تغليف قماش الألياف الزجاجية براتنج الإيبوكسي. ومن أهم مزاياها انخفاض تكلفتها ومتانتها الميكانيكية العالية، ما يجعلها تُستخدم على نطاق واسع في مختلف المنتجات الإلكترونية العامة، مثل اللوحات الأم للحاسوب ولوحات دوائر التلفزيون.

ومع ذلك، عند الحاجة إلى نقل إشارات عالية التردد في دائرتك، تبدو مادة FR4 غير كافية. إذ يتغير ثابتها العازل مع التردد، مما يؤدي إلى فقدان كبير للإشارة وانخفاض في الأداء.

مواد PCB FR4 أو Rogers: أيهما يجب علينا اختياره؟

فيما يلي جدول مقارنة بين مادة العازل FR4 ومادة Rogers PCB، والذي يوضح الاختلافات في الخصائص الرئيسية والأداء وملاءمة التطبيق:

عند الاختيار بين مادة العازل FR4 ومادة Rogers PCB، فإن العامل الأكثر أهمية هو المكان الذي سيتم استخدام الدائرة الخاصة بك فيه:

FR4: إذا كنت تعمل على منتجات إلكترونية عامة الغرض ومنخفضة التردد بميزانية محدودة، فإن FR4 جيد بما فيه الكفاية بالفعل.

روجرز PCB: ولكن إذا كانت الدائرة الخاصة بك تحتاج إلى التعامل مع إشارات RF أو الموجات الدقيقة أو الإشارات الرقمية عالية السرعة (مثل أنظمة الاتصالات أو الرادار 5G)، فمن الأفضل استخدام لوحات الدوائر المطبوعة Rogers لأنها توفر أداءً أكثر استقرارًا وفقدانًا أقل للإشارة.

بالطبع، يمكن أحيانًا استخدام كلتا المادتين معًا - بدمج مادة لوحة دوائر روجرز ومادة عازلة FR4 على نفس اللوحة. بهذه الطريقة، يمكنك ضمان الأداء مع توفير التكاليف. وهو نهج شائع في العديد من التطبيقات المتقدمة.

Rogers PCB و PTFE PCB: لوحات PCB عالية التردد

في مجالي الترددات الراديوية (RF) والموجات الدقيقة، تُعد لوحة PTFE (بولي تترافلوروإيثيلين PCB) لوحة دوائر كهربائية عالية التردد بالغة الأهمية. ومن أبرز ميزاتها انخفاض فقدان الإشارة بشكل كبير، وأداء نقل قوي، وتحمل درجات الحرارة العالية. لذا، تُستخدم غالبًا في بعض الأجهزة ذات متطلبات الأداء العالي، مثل الرادارات، واتصالات الأقمار الصناعية، ومحطات القاعدة 5G، ووحدات الاتصالات عالية التردد، وغيرها.

تُطوَّر العديد من مواد لوحات الدوائر المطبوعة عالية الجودة من Rogers بالاعتماد على مادة PTFE. على سبيل المثال، تنتمي سلسلة RT/duroid من Rogers وسلسلة RO3000 جميعها إلى لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من مادة PTFE. تتميز هذه المواد بقدرتها على الحفاظ على ثابت عازل ثابت في بيئات التردد العالي، مع انخفاض كبير في فقدان الإشارة، مما يجعلها مناسبة جدًا للدوائر عالية السرعة ودوائر الترددات الراديوية.

في المقابل، تُعاني لوحات الدارات المطبوعة التقليدية المصنوعة من مادة FR4 من ضعف الأداء عند الترددات العالية: فثوابتها العازلة غير مستقرة، وإشاراتها عرضة للتوهين، مما يجعل إنتاج منتجات عالية الأداء مستحيلاً. لذلك، إذا كنت تعمل على مشاريع عالية التردد أو عالية الموثوقية، مثل شبكات الجيل الخامس (5G) أو الرادار، فمن الأنسب اختيار مواد لوحات الدارات المطبوعة من شركة Rogers أو لوحات الدارات المطبوعة من مادة PTFE.

تُجبر نطاقات التردد العالي مواد PCB على أن تصبح عالية التردد

في الوقت الحالي، يتسارع انتشار شبكات الجيل الخامس عالميًا. يمكن تقسيم بنية محطات القاعدة التقليدية الموزعة لشبكات الجيل الثالث والرابع (5G/3G) إلى وحدات BBU ووحدات RRU وأنظمة تغذية الهوائيات، حيث تتصل وحدات RRU وأنظمة تغذية الهوائيات بوحدة التغذية. مع تزايد خطر فقدان الإرسال مع الترددات العالية، يمكن لبنية أنظمة RRU وأنظمة تغذية الهوائيات المدمجة أن تقلل من فقدان الإشارة على وحدة التغذية، وأن تُحسّن كفاءة الإرسال. يُؤدي التكامل العالي إلى استبدال عدد كبير من المكونات المتناثرة بلوحات PCB، مما يزيد في النهاية من استخدام لوحات PCB.

يجب أن يستفيد عصر الجيل الخامس من نطاق التردد العالي (حددت 5GPP أن نطاق التردد الذي يدعمه 3GNR هو 5 ميجا هرتز - 450 جيجا هرتز) لأنه:

1. بعد تكرار الأجيال الأربعة الأولى من تقنيات الاتصالات، أصبحت الموارد في نطاق التردد المنخفض مشغولة، ولم تعد هناك الكثير من الموارد المتاحة لتطوير تقنية الجيل الخامس؛

2. كلما ارتفع التردد، زادت إمكانية تحميل المزيد من المعلومات، وزادت الموارد، وبالتالي ارتفع معدل الإرسال (على سبيل المثال، يمكن تقسيم خمس قنوات فقط بتردد 20 ميجاهرتز إلى 100 ميجاهرتز، بينما يمكن تقسيم 50 قناة بتردد 20 ميجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز). ونظرًا لظاهرة الرنين الناتجة عن الحمل وتأثير خط النقل، كلما ارتفع تردد الموجات الكهرومغناطيسية، زاد التوهين. 

لتحقيق نقل فعال بترددات عالية، من الضروري التحكم في فقدان الإشارات في جهاز الإرسال والاستقبال وأجهزة الإرسال، وسيتم استبدال أجهزة التحميل المقابلة من الصفائح العادية سابقًا بصفائح عالية التردد (مثل مادة Rogers PCB RO4350). على وجه التحديد، كان هوائي الطرفية يستخدم في الأصل لوحة دوائر مطبوعة مرنة (FPC) مع PI كمادة رئيسية، ولكن نظرًا لارتفاع ثابت العزل الكهربائي (Dk، قدرة الوسط على حجب الإلكترونات) وفقدان العزل الكهربائي (Df، قدرة الوسط الناقل على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية)، فإن كفاءة النقل منخفضة. لذلك، يتزايد التوجه نحو استبدال PI ببوليمر البلورات السائلة (LCP) ذي قيم Dk وDf أقل. 

حاليًا، تم استخدام LCP في هواتف Apple المحمولة، ومن المتوقع أن تصبح مواد LCP شائعة الاستخدام مستقبلًا. على سبيل المثال، يبلغ سعر وحدة LCP الواحدة في iPhone X حوالي 4-5 دولارات أمريكية للهوائي.

تحتاج محطة القاعدة أيضًا إلى مواد عالية التردد (مثل مادة Rogers PCB RO4350). حاليًا، يتمثل المخطط السائد في استخدام بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) أو لوحة PCB من الهيدروكربون (ذات خصائص عازلة ممتازة). تزداد تكلفة الوحدة بحوالي 1.5-3 مرات. يلزم وجود لوحة تيار متردد عالية التردد في وحدة RRU لمحطات القاعدة 3G/4G. من بينها، هناك حاجة إلى مواد عالية التردد (مثل مادة Rogers PCB RO4350) للوحة PCB لمضخمات طاقة الترددات الراديوية. سيزداد الطلب على لوحة PCB عالية التردد (مثل مادة Rogers PCB RO4350) للوحة التيار المتردد متوسطة وعالية التردد لوحدات AAU 5G، وستزداد كمية المواد عالية التردد المستخدمة في لوحة PCB، مما يزيد من قيمة اللوحة الواحدة.

لوحة PCB عالية التردد هي نوع خاص من الصفائح النحاسية المغطاة بطبقة ركيزة من الموجات الدقيقة عالية التردد، وتُسمى أيضًا لوحة PCB عالية التردد، ويمكن تحويلها إلى لوحة PCB عالية التردد بعد معالجة إضافية. تُستخدم لوحة PCB من Rogers، المصنوعة من مادة Rogers PCB عالية التردد، على نطاق واسع في محطات الاتصالات الأساسية وهوائيات الطيران، وتتمتع بطلب كبير وآفاق سوقية واعدة.

بصفتها المورد الرائد عالميًا للألواح الخاصة، تتمتع شركة روجرز بورد بحصة سوقية عالمية تزيد عن 50%، وتتمتع بخبرة 20 عامًا في مجال ترددات هوائيات محطات القاعدة اللاسلكية. وقد أنشأت الشركة مركزًا ثالثًا للبحث والتطوير في الولايات المتحدة، يُركز على البحث والتطوير في منتجات الجيل الخامس، وأطلقت لوحة عالية التردد لهوائيات الجيل الخامس اللاسلكية. ومع توسع النطاق التجاري لتقنية الجيل الخامس، تُوشك الشركة على تحقيق مرونة عالية الأداء.

يدرك السوق الطلب الكبير على لوحات التردد العالي لشبكات الجيل الخامس، لكنه يجهل أن لوحة روجرز PCB لهوائيات محطات القاعدة هي الأكثر مرونة في الطلب. ونظرًا لأن نطاق ترددات تطبيقات الجيل الخامس أعلى من الجيل الرابع، فمن الضروري التكيف مع لوحة روجرز PCB للموجات المليمترية، وسيتجه اتجاه تطوير الهوائي نحو تعدد الاستقبال والإرسال والتصغير. وقد زاد عدد منافذ الهوائي من 5 و5 منافذ تقليدية إلى 4 و4 منفذًا، مما أدى إلى زيادة الطلب على لوحة روجرز PCB لتطبيقات الهوائي بشكل كبير.

بعد دراسة قطاع الاتصالات، قُدِّرَت تكلفة شراء مواد التهيئة لهوائيات الجيل الخامس (5G) بواقع 3-4 أضعاف تكلفة شراء هوائيات الجيل الرابع متعددة الأوضاع، كما أن عدد لوحات روجرز PCB المستخدمة في هوائيات الاستقبال والإرسال المتعددة أعلى من عدد لوحات روجرز متعددة الأوضاع. لذلك، توسّع سوق لوحات التردد العالي لهوائيات محطات الجيل الخامس الأساسية بما لا يقل عن 4-5 أضعاف. مع بزوغ عصر الجيل الخامس التجاري، يشهد سوق لوحات روجرز PCB آفاقًا واعدة.