Co je Rogersova deska plošných spojů?

S rozvojem elektronických technologií vyžaduje výroba elektronických produktů stále více materiálů, jako jsou například vysokofrekvenční materiály.

Vezměte si jako příklad desku plošných spojů Rogers. Materiál Rogers PCB je druh vysokofrekvenční desky vyráběné společností Rogers Company, která se liší od konvenčních desek plošných spojů z epoxidové pryskyřice. Neobsahuje skleněná vlákna uprostřed a je vyroben z vysokofrekvenčního materiálu na bázi keramiky. Pokud je provozní frekvence obvodu nad 500 MHz, je rozsah materiálů dostupných konstruktérům výrazně omezen.

Materiál Rogers PCB má vynikající dielektrickou konstantu a teplotní stabilitu a jeho koeficient tepelné roztažnosti je velmi shodný s koeficientem dielektrické konstanty měděné fólie, což lze použít ke zlepšení nedostatků PTFE polytetrafluorethylenového substrátu. Je velmi vhodný pro vysokorychlostní návrh, stejně jako pro komerční mikrovlnné a RF aplikace.

Díky nízké absorpci vody může být použit jako ideální volba v prostředí s vysokou vlhkostí, kde poskytuje zákazníkům v odvětví vysokofrekvenčních desek materiály a související zdroje nejvyšší kvality a zásadně řídí kvalitu výrobků.

Vysokofrekvenční desku Rogers PCB lze obecně definovat jako desku plošných spojů s frekvencí nad 1 GHz. Její fyzikální výkon, přesnost a technické parametry jsou velmi náročné a často se používají v komunikačních systémech, automobilových antikolizních systémech, satelitních systémech, rádiových systémech a dalších oblastech.

Klasifikace materiálů desek plošných spojů Rogers

Materiál desek plošných spojů Rogers, řada RO3000®:

Modely, založené na keramicky plněných obvodových materiálech PTFE, jsou RO3003G2™, RO3003™, RO3203™, RO3035™, RO3006™, RO3010™, RO3210™. Materiál pro desky plošných spojů Rogers. Řada RO4000®: Keramicky plněný uhlovodíkový laminát a prepreg Ro4000 je přední produktová řada v oboru. Mezi modely patří: RO4003C, RO4350b, RO4360G2, RO4830, RO4835T, RO4533, RO4534, RO4535, RO4725JXR a RO4730G3.

Materiál desky plošných spojů Rogers RT/duroid® Laminát:

Vysokofrekvenční obvodový materiál RT/Duroid® je kompozitní laminát obsahující PTFE plnivo (náhodná skleněná vlákna nebo keramika), který je vhodný pro vysoce spolehlivé aplikace v leteckém průmyslu a národní obraně. Patří mezi ně: RT/duroid® 5880, RT/duroid® 5880lz, RT/duroid® 5870, RT/duroid® 6002, RT/duroid® 6202 atd.

Materiál desek plošných spojů Rogers, řada TMM®:

Kompozitní materiály na bázi keramiky, uhlovodíků a termosetových polymerů, modelová čísla: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i a TMM13i atd.

Podrobná analýza parametrů Rogers PCB

1. Substrát desky plošných spojů Rogers má nízkou absorpci vody a vysoká absorpce vody způsobí dielektrickou konstantu a dielektrické ztráty, když je mokrý.

2. Koeficienty tepelné roztažnosti substrátu desky plošných spojů Rogers a měděné fólie musí být konzistentní, jinak se měděná fólie při změně tepla a chladu oddělí.

3. Dielektrická ztráta (Df) substrátu desky plošných spojů Rogers musí být malá, což ovlivňuje především kvalitu přenosu signálu. Čím menší je dielektrická ztráta, tím menší je ztráta signálu.

4. Dielektrická konstanta (Dk) substrátu desky plošných spojů Rogers musí být malá a stabilní. Obecně platí, že čím menší, tím lépe; rychlost přenosu signálu je nepřímo úměrná druhé odmocnině dielektrické konstanty materiálu. Vysoká dielektrická konstanta snadno způsobí zpoždění přenosu signálu.

V současné době se globální rozvoj sítí 5G zrychluje. Tradiční distribuovanou architekturu základnových stanic 3G/4G lze rozdělit na systémy BBU, RRU a anténní napájecí systémy, ve kterých jsou systémy RRU a anténní napájecí systémy propojeny napájecím zdrojem. Vzhledem k tomu, že riziko ztráty přenosu se zvyšuje s vyšší frekvencí, může architektura integrovaných systémů RRU a anténního napájecího zdroje snížit ztrátu signálu na napájecím zdroji a zlepšit účinnost přenosu. Vysoká integrace znamená, že velké množství rozptýlených součástek je nahrazeno deskami plošných spojů, což v konečném důsledku zvyšuje spotřebu desek plošných spojů.

Některé vlastnosti materiálu Rogers PCB

 V oblasti rychlé výroby prototypů desek plošných spojů (PCB) je Rogers PCB speciální deska s určitým technickým prahem, která je obtížně ovladatelná a drahá. Běžné továrny na výrobu prototypů desek plošných spojů jsou příliš problematické, nebo kvůli malému počtu objednávek zákazníků to nechtějí dělat, nebo to dělají jen zřídka.

Materiál Rogers PCB RO4350B umožňuje RF inženýrům pohodlně navrhovat obvody, jako je přizpůsobení sítě, řízení impedance přenosových vedení atd. Díky nízkým dielektrickým ztrátám má RO4350B více výhod než běžné materiály pro desky plošných spojů ve vysokofrekvenčních aplikacích. Kolísání jeho dielektrické konstanty s teplotou je mezi podobnými materiály téměř nejnižší. V širokém frekvenčním rozsahu je jeho dielektrická konstanta poměrně stabilní, 3.48, a doporučená konstrukční hodnota je 3.66. Měděná fólie LoPra™ dokáže snížit vložené ztráty. Díky tomu je materiál vhodný pro širokopásmové aplikace.

Materiál Rogers PCB RO4003 lze odstranit tradičním nylonovým kartáčem. Před galvanickým pokovováním mědi bez elektřiny není nutná žádná speciální úprava. Deska musí být ošetřena tradičním procesem epoxidové pryskyřice/skla. Obecně není nutné odstraňovat vyvrtaný otvor, protože systém pryskyřice s vysokým TG (280 °C + [536 °F]]) během vrtání snadno nemění barvu. Pokud je skvrna způsobena agresivním vrtáním, lze pryskyřici odstranit standardním plazmovým cyklem CF4/O2 nebo dvojitým alkalickým procesem s manganistanem.

Požadavky na vaření materiálů RO4000 jsou ekvivalentní požadavkům na epoxidovou pryskyřici/sklo. Obecně platí, že zařízení, které nevaří desky z epoxidové pryskyřice/skla, nemusí vařit desky RO4003. Pro instalaci epoxidové pryskyřice/páleného skla jako součást konvenčního procesu doporučujeme vaření při teplotě 300–250 °C po dobu 121 až 149 hodin. RO1 neobsahuje žádné zpomalovače hoření. Je zřejmé, že desky balené v infračervených (IR) jednotkách nebo pracující s velmi nízkou přenosovou rychlostí mohou dosáhnout teplot přesahujících 2 °C. RO4003 může při těchto vysokých teplotách začít hořet. Systém, který stále používá infračervené refluxní zařízení nebo jiné zařízení, které může dosáhnout těchto vysokých teplot, by měl přijmout nezbytná opatření, aby zajistil, že nehrozí žádné riziko.

RO3003 je keramický plněný PTFE kompozit pro vysokofrekvenční obvodové materiály, který se používá v komerčních mikrovlnných a rádiových aplikacích. Tato řada produktů je navržena tak, aby poskytovala vynikající elektrickou a mechanickou stabilitu za konkurenceschopné ceny. Materiál Rogers PCB Ro3003 má vynikající dielektrickou konstantní stabilitu v celém teplotním rozsahu, včetně eliminace změny dielektrické konstanty při použití PTFE skleněného materiálu při pokojové teplotě. Ztrátový koeficient laminátu Ro3003 je navíc nízký, a to až 0.0013 až 10 GHz.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Co je materiál FR4?

Než se rozhodnete, zda zvolit desky plošných spojů FR4 nebo Rogers, je důležité nejprve zjistit, jaký materiál FR4 je potřeba. Materiál FR4 je velmi běžný substrát pro desky plošných spojů, který se vyrábí laminováním sklolaminátu epoxidovou pryskyřicí. Jeho největší výhodou je nízká cena a dobrá mechanická pevnost, takže se široce používá v různých běžných elektronických výrobcích, jako jsou základní desky počítačů a desky plošných spojů pro televizory.

Pokud však váš obvod potřebuje přenášet vysokofrekvenční signály, materiál FR4 se jeví jako poněkud nedostatečný. Jeho dielektrická konstanta se totiž mění s frekvencí, což vede k velkým ztrátám signálu a zhoršení výkonu.

Materiály plošných spojů FR4 nebo Rogers: Který z nich bychom si měli vybrat?

Zde je srovnávací tabulka mezi dielektrickým materiálem FR4 a materiálem Rogers PCB, která ukazuje rozdíly v klíčových vlastnostech, výkonu a vhodnosti pro použití:

Při výběru mezi dielektrickým materiálem FR4 a materiálem Rogers PCB je nejdůležitějším faktorem to, kde bude váš obvod použit:

FR4: Pokud pracujete na univerzálních nízkofrekvenčních elektronických produktech s omezeným rozpočtem, pak je FR4 již dostatečně dobrý.

Rogersova deska plošných spojů: Pokud ale váš obvod potřebuje zpracovávat rádiové signály, mikrovlny nebo vysokorychlostní digitální signály (například komunikační systémy 5G nebo radarové systémy), je lepší použít desky plošných spojů Rogers, protože nabízejí stabilnější výkon a nižší ztráty signálu.

Samozřejmě lze někdy oba materiály použít společně – kombinací materiálu desky plošných spojů Rogers a dielektrického materiálu FR4 na stejné desce. Tímto způsobem můžete zajistit výkon a zároveň ušetřit náklady. Je to běžný přístup v mnoha pokročilých aplikacích.

Rogers PCB a PTFE PCB: Vysokofrekvenční PCB

V oblasti rádiových frekvencí (RF) a mikrovlnných zařízení je PTFE PCB (polytetrafluorethylenová deska plošných spojů) velmi důležitou vysokofrekvenční deskou plošných spojů. Jejími nejvýraznějšími vlastnostmi jsou extrémně nízké ztráty signálu, vysoký přenosový výkon a odolnost vůči vysokým teplotám. Proto se často používá v některých zařízeních s vysokými požadavky na výkon, jako jsou radary, satelitní komunikace, základnové stanice 5G, vysokofrekvenční komunikační moduly atd.

Mnoho vysoce kvalitních materiálů pro desky plošných spojů Rogers je ve skutečnosti vyvíjeno na bázi PTFE. Například řady RT/duroid a RO3000 od společnosti Rogers patří mezi PTFE desky plošných spojů. Tyto materiály si dokáží udržet stabilní dielektrickou konstantu ve vysokofrekvenčním prostředí s velmi nízkými ztrátami při přenosu signálu, což je činí velmi vhodnými pro vysokorychlostní a rádiové obvody.

Naproti tomu tradiční desky plošných spojů FR4 fungují při vysokých frekvencích hůře: jejich dielektrické konstanty jsou nestabilní a signály jsou náchylné k útlumu, což znemožňuje výrobu vysoce výkonných produktů. Pokud tedy pracujete na projektech s vysokou frekvencí nebo vysokou spolehlivostí, jako je 5G nebo radar, bylo by vhodnější zvolit materiály pro desky plošných spojů Rogers nebo desky plošných spojů z PTFE.

Vysokofrekvenční pásmo nutí materiály desek plošných spojů stát se vysokofrekvenčními

V současné době se globální rozvoj sítí 5G zrychluje. Tradiční distribuovanou architekturu základnových stanic 3G/4G lze rozdělit na systémy BBU, RRU a anténní napájecí systémy, ve kterých jsou systémy RRU a anténní napájecí systémy propojeny napájecím zdrojem. Vzhledem k tomu, že riziko ztráty přenosu se zvyšuje s vyšší frekvencí, může architektura integrovaných systémů RRU a anténního napájecího zdroje snížit ztrátu signálu na napájecím zdroji a zlepšit účinnost přenosu. Vysoká integrace umožňuje nahradit velké množství rozptýlených součástek deskami plošných spojů (PCB), což v konečném důsledku zvyšuje využití desek plošných spojů.

Éra 5G musí využívat vysokofrekvenční pásmo (3GPP specifikovala, že frekvenční rozsah podporovaný 5GNR je 450 MHz–52.6 GHz), protože:

1. Po iteraci prvních čtyř generací komunikačních technologií byly zdroje v nízkofrekvenčním pásmu obsazeny a pro rozvoj 5G jich není k dispozici mnoho;

2. Čím vyšší frekvence, tím více informací lze načíst, tím bohatší jsou zdroje a tím vyšší je přenosová rychlost (například v pásmu 20 MHz lze rozdělit pouze pět kanálů o šířce 100 MHz, zatímco v pásmu 50 GHz lze rozdělit 20 kanálů o šířce 1 MHz). Vzhledem k rezonančnímu jevu způsobenému zátěží a vlivu přenosového vedení platí, že čím vyšší je frekvence elektromagnetických vln, tím výraznější bude útlum. 

Pro dosažení efektivního přenosu na vysokých frekvencích je nutné kontrolovat ztráty signálů na transceiveru a přenosových zařízeních a odpovídající nosná zařízení budou nahrazena z běžných desek v minulosti na vysokofrekvenční desky (například materiál Rogers PCB RO4350). Konkrétně koncová anténa původně používala FPC (flexibilní desku plošných spojů) s PI jako hlavním materiálem, ale kvůli vysoké dielektrické konstantě (Dk, schopnost média blokovat elektrony) a dielektrickým ztrátám (Df, schopnost přenosového média přeměňovat elektrickou energii na tepelnou energii) je účinnost přenosu nízká. Proto se stále více prosazuje trend nahrazování PI polymerem z tekutých krystalů (LCP) s nižšími hodnotami Dk a Df. 

V současné době se LCP materiály používají v mobilních telefonech Apple a očekává se, že se v budoucnu stanou běžnými materiály. Například u Applu stojí jeden LCP modul v iPhonu X přibližně 4–5 USD za anténu.

Základnová stanice také potřebuje vysokofrekvenční materiály (například materiál Rogers PCB RO4350). V současné době se běžně používá polytetrafluorethylen (PTFE) nebo uhlovodíkové PCB (s velmi dobrými dielektrickými vlastnostmi). Jednotkové náklady se zvyšují přibližně 1.5–3krát. U RRU základnové stanice 3G/4G je potřeba vysokofrekvenční AC deska. Mezi nimi jsou vysokofrekvenční materiály (například materiál Rogers PCB RO4350) potřebné pro PCB RF výkonových zesilovačů. Poptávka po vysokofrekvenčních (například materiál Rogers PCB RO4350) PCB deskách pro středně a vysokofrekvenční AC desky 5G AAU se zvýší a množství vysokofrekvenčních materiálů používaných v PCB deskách se zvýší, čímž se zvýší hodnota jedné desky.

Vysokofrekvenční deska plošných spojů (PCB) je speciální druh měděného laminátu s vysokofrekvenčním mikrovlnným substrátem, nazývaná také vysokofrekvenční mikrovlnná deska plošných spojů, kterou lze dalším zpracováním přeměnit na vysokofrekvenční desku plošných spojů. Deska plošných spojů Rogers vyrobená z vysokofrekvenčního materiálu Rogers PCB se široce používá v komunikačních základnových stanicích a anténách v letectví a je velmi žádaná a má slibné tržní vyhlídky.

Jakožto přední světový dodavatel speciálních desek má Rogers Board globální tržní podíl přesahující 50 % a má 20 let zkušeností v oblasti rádiových frekvencí antén pro základnové stanice. Společnost zřídila třetí výzkumné a vývojové centrum ve Spojených státech, které se zaměřuje na výzkum a vývoj produktů 5G, a uvedla na trh vysokofrekvenční desku pro antény 5G. S rozšířením komerčního rozsahu 5G se společnost chystá nasadit vysoce výkonnou flexibilitu.

Trh si je vědom velké poptávky po vysokofrekvenčních deskách pro 5G, ale neví, že největší elasticitu poptávky představují desky plošných spojů Rogers pro antény základnových stanic. Vzhledem k tomu, že frekvenční pásmo aplikací 5G je vyšší než u 4G, je nutné se přizpůsobit deskám plošných spojů Rogers pro milimetrové vlny a vývojový trend antén se obrátí k vícenásobnému příjmu, vícenásobnému vysílání a miniaturizaci. Počet anténních portů se zvýšil z tradičních 4 a 8 portů na 64 a 128 portů a poptávka po deskách plošných spojů Rogers pro anténní aplikace dramaticky vzrostla.

Na základě průzkumu v oboru se konzervativně odhaduje, že pořizovací náklady na inicializační materiály pro 5G anténu jsou 3–4krát vyšší než u 4G multimódové antény a počet desek plošných spojů Rogers použitých v multipřijímacích a multivysílacích anténách je vyšší než u multimódových antén. Tržní prostor vysokofrekvenčních desek pro antény základnových stanic 5G se proto rozšířil nejméně 4–6krát. S příchodem komerční éry 5G má trh s deskami plošných spojů Rogers široké vyhlídky.