Was ist eine Rogers-Leiterplatte?

Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie werden für die Herstellung elektronischer Produkte immer mehr Materialien benötigt, beispielsweise Hochfrequenzmaterialien.

Nehmen wir zum Beispiel Rogers PCB. Rogers PCB-Material ist eine Art Hochfrequenzplatte der Rogers Company, die sich von herkömmlichem Epoxidharz für Leiterplatten unterscheidet. Es enthält keine Glasfaser in der Mitte und ist ein Hochfrequenzmaterial auf Keramikbasis. Wenn die Betriebsfrequenz der Schaltung über 500 MHz liegt, ist die Materialauswahl für Konstrukteure stark eingeschränkt.

Das PCB-Material von Rogers verfügt über eine ausgezeichnete Dielektrizitätskonstante und Temperaturstabilität. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Dielektrizitätskonstante entspricht weitgehend dem von Kupferfolie. Dadurch können die Nachteile von PTFE-Polytetrafluorethylen-Substraten ausgeglichen werden. Es eignet sich hervorragend für Hochgeschwindigkeitsdesigns sowie kommerzielle Mikrowellen- und HF-Anwendungen.

Aufgrund seiner geringen Wasseraufnahme ist es die ideale Wahl für Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Es versorgt Kunden in der Hochfrequenzplattenindustrie mit Materialien und zugehörigen Ressourcen höchster Qualität und ermöglicht eine grundlegende Kontrolle der Produktqualität.

Im Allgemeinen kann die Hochfrequenzplatine von Rogers PCB als PCB-Leiterplatte mit einer Frequenz über 1 GHz definiert werden. Ihre physikalische Leistung, Genauigkeit und technischen Parameter sind sehr anspruchsvoll und sie wird häufig in Kommunikationssystemen, Antikollisionssystemen für Kraftfahrzeuge, Satellitensystemen, Funksystemen und anderen Bereichen eingesetzt.

Die Klassifizierung der Rogers PCB-Platinenmaterialserie

Rogers PCB-Plattenmaterial RO3000®-Serie:

Die Modelle RO3003G2™, RO3003™, RO3203™, RO3035™, RO3006™, RO3010™ und RO3210™ basieren auf keramikgefüllten PTFE-Schaltungsmaterialien. Rogers PCB-Platinenmaterial der RO4000®-Serie: Ro4000 keramikgefülltes Kohlenwasserstofflaminat und Prepreg ist eine führende Produktserie der Branche. Zu den Modellen gehören: RO4003C, RO4350b, RO4360G2, RO4830, RO4835T, RO4533, RO4534, RO4535, RO4725JXR und RO4730G3.

Rogers PCB-Plattenmaterial RT/duroid® Laminat:

Das Hochfrequenz-Schaltungsmaterial RT/Duroid® ist ein Verbundlaminat mit PTFE-Füllstoff (Glasfaser oder Keramik), das sich für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, in der Luft- und Raumfahrt sowie der Landesverteidigung eignet. Dazu gehören: RT/duroid® 5880, RT/duroid® 5880lz, RT/duroid® 5870, RT/duroid® 6002, RT/duroid® 6202 usw.

Rogers PCB-Plattenmaterial der TMM®-Serie:

Verbundwerkstoffe auf Basis von Keramik, Kohlenwasserstoffen und duroplastischen Polymeren, Modellnummern: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i und TMM13i usw.

Detaillierte Analyse der Rogers PCB-Parameter

1. Das PCB-Plattensubstrat von Rogers weist eine geringe Wasseraufnahme auf. Eine hohe Wasseraufnahme führt zu einem Verlust der Dielektrizitätskonstante und der Dielektrizitätskonstante, wenn es nass ist.

2. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Rogers-PCB-Plattensubstrats und der Kupferfolie müssen übereinstimmen, da sich die Kupferfolie sonst beim Wechsel von Wärme und Kälte trennt.

3. Der dielektrische Verlust (Df) des Rogers PCB-Substratmaterials muss gering sein, was sich hauptsächlich auf die Qualität der Signalübertragung auswirkt. Je geringer der dielektrische Verlust, desto geringer der Signalverlust.

4. Die Dielektrizitätskonstante (Dk) des Rogers-Leiterplattensubstrats muss klein und stabil sein. Generell gilt: Je kleiner, desto besser; die Signalübertragungsrate ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Materials. Eine hohe Dielektrizitätskonstante kann leicht zu Verzögerungen bei der Signalübertragung führen.

Derzeit beschleunigt sich die globale 5G-Entwicklung. Die traditionelle verteilte Architektur von 3G/4G-Basisstationen lässt sich in BBU-, RRU- und Antennenspeisesysteme unterteilen, wobei RRU- und Antennenspeisesysteme über den Feeder verbunden sind. Da das Risiko von Übertragungsverlusten mit hoher Frequenz steigt, kann die Architektur integrierter RRU- und Antennenspeisesysteme den Signalverlust im Feeder reduzieren und die Übertragungseffizienz verbessern. Die hohe Integration ermöglicht den Ersatz vieler verstreuter Komponenten durch Leiterplatten, was letztlich den Leiterplatteneinsatz erhöht.

Einige Materialeigenschaften von Rogers PCB

 Beim Rapid PCB Prototyping handelt es sich bei Rogers PCB um eine spezielle Leiterplatte mit einem bestimmten technischen Schwellenwert, die schwierig zu handhaben und teuer ist. Die Herstellung allgemeiner PCB-Proofing-Fabriken ist zu aufwendig oder sie möchten dies aufgrund der geringen Anzahl von Kundenaufträgen nicht oder nur selten tun.

Das Material Rogers PCB RO4350B ermöglicht HF-Ingenieuren die komfortable Schaltungsentwicklung, beispielsweise für Netzwerkanpassungen und die Impedanzkontrolle von Übertragungsleitungen. Aufgrund seines geringen dielektrischen Verlusts bietet RO4350B in Hochfrequenzanwendungen mehr Vorteile als herkömmliche Leiterplattenmaterialien. Die temperaturabhängige Schwankung der Dielektrizitätskonstante ist im Vergleich zu ähnlichen Materialien nahezu die geringste. Über einen weiten Frequenzbereich ist die Dielektrizitätskonstante mit 3.48 stabil, der empfohlene Designwert liegt bei 3.66. LoPra™-Kupferfolie reduziert die Einfügungsdämpfung. Dadurch eignet sich das Material für Breitbandanwendungen.

Rogers PCB RO4003-Material lässt sich mit einer herkömmlichen Nylonbürste entfernen. Vor der galvanischen Kupferbeschichtung ohne Strom ist keine spezielle Behandlung erforderlich. Die Platine muss mit einem herkömmlichen Epoxidharz-/Glas-Verfahren behandelt werden. Im Allgemeinen ist es nicht notwendig, das Bohrloch zu entfernen, da sich das Harzsystem mit hohem TG (280 °C + [536 °F]) beim Bohren nicht so leicht verfärbt. Sollten die Flecken durch aggressive Bohrvorgänge entstanden sein, kann das Harz mit einem Standard-CF4/O2-Plasmazyklus oder einem doppelten alkalischen Permanganat-Verfahren entfernt werden.

Die Brennanforderungen für RO4000-Materialien entsprechen denen von Epoxidharz/Glas. Geräte, die keine Epoxidharz/Glasplatten brennen, müssen RO4003-Platten im Allgemeinen nicht brennen. Für die Installation von Epoxidharz/gebranntem Glas im Rahmen des konventionellen Prozesses empfehlen wir ein Brennen bei 300–250 °C (121 °F, 149 °F) für 1 bis 2 Stunden. RO4003 enthält keine Flammschutzmittel. Es ist verständlich, dass Platten, die in Infrarot-(IR)-Einheiten verpackt sind oder mit sehr niedriger Übertragungsgeschwindigkeit betrieben werden, Temperaturen von über 700 °C (371 °F) erreichen können. RO4003 kann bei diesen hohen Temperaturen zu brennen beginnen. Das System, das dennoch ein Infrarot-Rückflussgerät oder andere Geräte verwendet, die diese hohen Temperaturen erreichen können, sollte die notwendigen Vorkehrungen treffen, um sicherzustellen, dass kein Risiko besteht.

RO3003 ist ein keramikgefüllter PTFE-Verbundwerkstoff für Hochfrequenzschaltungsmaterialien, der in kommerziellen Mikrowellen- und Hochfrequenzanwendungen eingesetzt wird. Diese Produktreihe bietet hervorragende elektrische und mechanische Stabilität zu wettbewerbsfähigen Preisen. Das Rogers PCB Ro3003-Material weist eine ausgezeichnete Stabilität der Dielektrizitätskonstante im gesamten Temperaturbereich auf und verhindert die Änderung der Dielektrizitätskonstante bei Verwendung von PTFE-Glas bei Raumtemperatur. Darüber hinaus beträgt der Verlustkoeffizient des Ro3003-Laminats nur 0.0013 bis 10 GHz.

Über PCBasic

Zeit ist Geld in Ihren Projekten – und PCBasic versteht es. PCGrundlagen ist eine Unternehmen für Leiterplattenbestückung das jedes Mal schnelle, einwandfreie Ergebnisse liefert. Unsere umfassende PCB-Bestückungsdienstleistungen Wir bieten Ihnen bei jedem Schritt kompetente technische Unterstützung und gewährleisten so höchste Qualität bei jedem Board. Als führender Hersteller von Leiterplattenbestückungen, Wir bieten eine Komplettlösung, die Ihre Lieferkette optimiert. Arbeiten Sie mit unseren fortschrittlichen PCB-Prototypenfabrik für schnelle Bearbeitungszeiten und hervorragende Ergebnisse, auf die Sie sich verlassen können.

Was ist FR4-Material?

Bevor Sie sich für FR4- oder Rogers-Leiterplatten entscheiden, müssen Sie zunächst herausfinden, welches FR4-Material Sie benötigen. FR4 ist ein weit verbreitetes Substrat für Leiterplatten und wird durch Laminieren von Glasfasergewebe mit Epoxidharz hergestellt. Seine größten Vorteile sind die niedrigen Kosten und die gute mechanische Festigkeit. Daher wird es häufig in verschiedenen elektronischen Produkten wie Computer-Motherboards und TV-Leiterplatten verwendet.

Wenn Ihre Schaltung jedoch Hochfrequenzsignale übertragen muss, scheint das FR4-Material eher unzureichend zu sein, da sich seine Dielektrizitätskonstante mit der Frequenz ändert, was zu großem Signalverlust und Leistungseinbußen führt.

FR4- oder Rogers-PCB-Materialien: Welches sollten wir wählen?

Hier ist die Vergleichstabelle zwischen dem dielektrischen Material FR4 und dem PCB-Material von Rogers, die die Unterschiede in den wichtigsten Eigenschaften, der Leistung und der Anwendungseignung zeigt:

Bei der Wahl zwischen dem dielektrischen Material FR4 und dem PCB-Material von Rogers ist der wichtigste Faktor, wo Ihre Schaltung eingesetzt wird:

FR4: Wenn Sie mit einem begrenzten Budget an allgemeinen elektronischen Niederfrequenzprodukten arbeiten, ist FR4 bereits gut genug.

Rogers-Leiterplatte: Wenn Ihre Schaltung jedoch HF-Signale, Mikrowellen oder digitale Hochgeschwindigkeitssignale verarbeiten muss (wie etwa 5G-Kommunikations- oder Radarsysteme), ist die Verwendung von Rogers-Leiterplatten besser, da diese eine stabilere Leistung und einen geringeren Signalverlust bieten.

Natürlich können beide Materialien manchmal auch zusammen verwendet werden – beispielsweise durch die Kombination von Rogers-Leiterplattenmaterial und FR4-Dielektrikum auf derselben Platte. So sichern Sie Leistung und sparen gleichzeitig Kosten. Dieser Ansatz ist in vielen fortschrittlichen Anwendungen üblich.

Rogers PCB & PTFE PCB: Hochfrequenz-Leiterplatten

Im Bereich Hochfrequenz (RF) und Mikrowellen ist die PTFE-Leiterplatte (Polytetrafluorethylen-Leiterplatte) eine sehr wichtige Hochfrequenz-Leiterplatte. Ihre herausragendsten Eigenschaften sind extrem geringer Signalverlust, starke Übertragungsleistung und hohe Temperaturbeständigkeit. Daher wird sie häufig in Geräten mit hohen Leistungsanforderungen eingesetzt, wie z. B. Radargeräten, Satellitenkommunikation, 5G-Basisstationen, Hochfrequenz-Kommunikationsmodulen usw.

Viele hochwertige Rogers-Leiterplattenmaterialien basieren auf PTFE. Beispielsweise gehören die RT/Duroid-Serie und die RO3000-Serie von Rogers zu PTFE-Leiterplatten. Diese Materialien können in Hochfrequenzumgebungen eine stabile Dielektrizitätskonstante beibehalten und weisen sehr geringe Signalübertragungsverluste auf. Daher eignen sie sich hervorragend für Hochgeschwindigkeits- und HF-Schaltungen.

Im Gegensatz dazu weisen herkömmliche FR4-Leiterplatten bei hohen Frequenzen eine geringere Leistung auf: Ihre Dielektrizitätskonstanten sind instabil und Signale neigen zur Dämpfung, was die Herstellung leistungsstarker Produkte unmöglich macht. Wenn Sie also an Hochfrequenz- oder hochzuverlässigen Projekten wie 5G oder Radar arbeiten, sind Leiterplattenmaterialien von Rogers oder PTFE-Leiterplatten besser geeignet.

Hochfrequenzband zwingt PCB-Materialien zur Hochfrequenz

Derzeit beschleunigt sich der globale 5G-Ausbau. Die traditionelle verteilte Architektur von 3G/4G-Basisstationen lässt sich in BBU-, RRU- und Antennenspeisesysteme unterteilen, wobei RRU- und Antennenspeisesysteme über den Feeder verbunden sind. Da das Risiko von Übertragungsverlusten mit hoher Frequenz steigt, kann die Architektur integrierter RRU- und Antennenspeisesysteme den Signalverlust im Feeder reduzieren und die Übertragungseffizienz verbessern. Durch die hohe Integration werden viele verstreute Komponenten durch Leiterplatten ersetzt, was letztendlich den Leiterplatteneinsatz erhöht.

Im 5G-Zeitalter muss das Hochfrequenzband genutzt werden (3GPP hat festgelegt, dass der von 5GNR unterstützte Frequenzbereich 450 MHz bis 52.6 GHz beträgt), weil:

1. Nach der Iteration der ersten vier Generationen von Kommunikationstechnologien sind die Ressourcen im Niederfrequenzband belegt und es stehen nicht viele Ressourcen für die 5G-Entwicklung zur Verfügung.

2. Je höher die Frequenz, desto mehr Informationen können geladen werden, desto umfangreicher sind die Ressourcen und desto höher ist somit die Übertragungsrate (beispielsweise können nur fünf 20-MHz-Kanäle in 100 MHz unterteilt werden, während 50 20-MHz-Kanäle in 1 GHz unterteilt werden können). Aufgrund des durch die Last verursachten Resonanzphänomens und des Einflusses des Übertragungsleitungseffekts ist die Dämpfung umso stärker, je höher die Frequenz elektromagnetischer Wellen ist. 

Um eine effiziente Übertragung bei hohen Frequenzen zu gewährleisten, müssen die Signalverluste in den Sende- und Empfangsgeräten kontrolliert werden. Die entsprechenden Träger werden daher von herkömmlichen Platten auf Hochfrequenzplatten (z. B. aus Rogers PCB RO4350) umgestellt. Die Terminalantenne verwendete ursprünglich flexible Leiterplatten (FPC) mit PI als Hauptmaterial. Aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstante (Dk, Fähigkeit des Mediums, Elektronen zu blockieren) und des hohen dielektrischen Verlusts (Df, Fähigkeit des Übertragungsmediums, elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln) ist die Übertragungseffizienz jedoch gering. Daher setzt sich der Trend fort, PI durch Flüssigkristallpolymere (LCP) mit niedrigeren Dk- und Df-Werten zu ersetzen. 

LCP wird derzeit in Apple-Mobiltelefonen eingesetzt und wird sich voraussichtlich in Zukunft durchsetzen. Am Beispiel von Apple kostet ein einzelnes LCP-Modul im iPhone X etwa 4–5 USD pro Antenne.

Die Basisstation benötigt ebenfalls Hochfrequenzmaterialien (wie z. B. Rogers PCB RO4350). Derzeit werden gängige Verfahren wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Kohlenwasserstoff-PCBs (mit sehr guten dielektrischen Eigenschaften) verwendet. Die Stückkosten steigen dadurch um das 1.5- bis 3-fache. Für die RRU der 3G/4G-Basisstation wird eine Hochfrequenz-AC-Platine benötigt. Hochfrequenzmaterialien (wie z. B. Rogers PCB RO4350) werden unter anderem für die Leiterplatten von HF-Leistungsverstärkern benötigt. Die Nachfrage nach Hochfrequenz-PCBs (wie z. B. Rogers PCB RO4350) für 5G-AAU-Mittel- und Hochfrequenz-AC-Platinen wird steigen, und die Menge der in den Leiterplatten verwendeten Hochfrequenzmaterialien wird zunehmen, was den Wert einer einzelnen Platine erhöht.

Hochfrequenz-Leiterplatten sind spezielle kupferkaschierte Laminate mit Hochfrequenz-Mikrowellensubstrat, auch Hochfrequenz-Mikrowellen-Leiterplatten genannt, die durch Weiterverarbeitung zu Hochfrequenz-Leiterplatten verarbeitet werden können. Rogers-Leiterplatten aus Rogers-PCB-Hochfrequenzmaterial werden häufig in Kommunikationsbasisstationen und Antennen der Luftfahrt eingesetzt und erfreuen sich großer Nachfrage und vielversprechender Marktaussichten.

Als weltweit führender Anbieter von Spezialplatten verfügt Rogers Board über einen globalen Marktanteil von über 50 % und 20 Jahre Branchenerfahrung im Bereich der Hochfrequenz von Basisstationsantennen. Das Unternehmen hat in den USA ein drittes Forschungs- und Entwicklungszentrum eingerichtet, das sich auf die Entwicklung von 5G-Produkten konzentriert, und eine Hochfrequenzplatine für 5G-Antennen-HF auf den Markt gebracht. Mit der Ausweitung des kommerziellen 5G-Marktes wird das Unternehmen künftig Höchstleistung und Flexibilität ermöglichen.

Der Markt ist sich bewusst, dass 5G eine große Nachfrage nach Hochfrequenzplatinen hat, weiß aber nicht, dass Rogers-Leiterplatten für Basisstationsantennen die größte Nachfrageelastizität aufweisen. Da das Frequenzband der 5G-Anwendung höher ist als das von 4G, ist eine Anpassung an die Rogers-Leiterplatten für Millimeterwellen erforderlich. Der Entwicklungstrend der Antenne geht in Richtung Mehrfachempfang, Mehrfachübertragung und Miniaturisierung. Die Anzahl der Antennenanschlüsse hat sich von den traditionellen 4 und 8 auf 64 und 128 Anschlüsse erhöht, wodurch die Nachfrage nach Rogers-Leiterplatten für Antennenanwendungen dramatisch gestiegen ist.

Branchenstudien gehen vorsichtig davon aus, dass die Beschaffungskosten für Initialisierungsmaterialien für eine 5G-Antenne drei- bis viermal so hoch sind wie für eine 3G-Multimode-Antenne. Zudem ist die Anzahl der in Multi-Receiver- und Multi-Transmitter-Antennen verwendeten Rogers-Leiterplatten höher als bei Multimode-Antennen. Dadurch erweitert sich der Markt für Hochfrequenzplatinen für 4G-Basisstationsantennen um mindestens das Vier- bis Sechsfache. Mit dem Beginn des kommerziellen 4G-Zeitalters bietet der Markt für Rogers-Leiterplatten breite Perspektiven.