¿Qué es una PCB Rogers?

Con el desarrollo de la tecnología electrónica, la producción de productos electrónicos requiere cada vez más materiales, como materiales de alta frecuencia.

Tomemos como ejemplo la PCB de Rogers. El material de la PCB de Rogers es un tipo de placa de alta frecuencia fabricada por Rogers Company, que se diferencia de la resina epoxi convencional para placas de circuito impreso. No tiene fibra de vidrio en el centro y es un material cerámico de alta frecuencia. Cuando la frecuencia de operación del circuito supera los 500 MHz, la gama de materiales disponibles para los ingenieros de diseño se reduce considerablemente.

El material para PCB de Rogers posee una excelente constante dieléctrica y estabilidad térmica, y su coeficiente de expansión térmica es muy similar al de la lámina de cobre, lo que permite mejorar las deficiencias del sustrato de politetrafluoroetileno PTFE. Es ideal para diseños de alta velocidad, así como para aplicaciones comerciales de microondas y RF.

Debido a su baja absorción de agua, se puede utilizar como una opción ideal en entornos de alta humedad, brindando a los clientes de la industria de placas de alta frecuencia materiales de la mejor calidad y recursos relacionados, y controlando fundamentalmente la calidad del producto.

En términos generales, la placa de circuito impreso de alta frecuencia Rogers PCB se puede definir como una placa de circuito impreso PCB con una frecuencia superior a 1 GHz. Su rendimiento físico, precisión y parámetros técnicos son muy exigentes, y se utiliza a menudo en sistemas de comunicación, sistemas anticolisión de automóviles, sistemas satelitales, sistemas de radio y otros campos.

Clasificación de la serie de materiales de placas PCB de Rogers

Material de placa PCB Rogers serie RO3000®:

Basados ​​en materiales de circuito de PTFE con relleno cerámico, los modelos RO3003G2™, RO3003™, RO3203™, RO3035™, RO3006™, RO3010™ y RO3210™ son productos de la serie RO4000® de Rogers para placas de circuito impreso (PCB). El laminado y preimpregnado de hidrocarburo con relleno cerámico Ro4000 es una serie de productos líder en la industria. Los modelos incluyen: RO4003C, RO4350b, RO4360G2, RO4830, RO4835T, RO4533, RO4534, RO4535, RO4725JXR y RO4730G3.

Material de placa PCB Rogers RT/duroid® Laminado:

El material RT/Duroid® para circuitos de alta frecuencia es un laminado compuesto con relleno de PTFE (fibra de vidrio o cerámica), ideal para aplicaciones aeroespaciales y de defensa nacional de alta confiabilidad. Incluye: RT/duroid® 5880, RT/duroid® 5880lz, RT/duroid® 5870, RT/duroid® 6002, RT/duroid® 6202, etc.

Material de placa PCB de Rogers serie TMM®:

Materiales compuestos a base de cerámica, hidrocarburos y polímeros termoendurecibles, números de modelo: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i y TMM13i, etc.

Análisis detallado de los parámetros de PCB de Rogers

1. El sustrato de la placa PCB de Rogers tiene una baja absorción de agua, y una alta absorción de agua provocará una constante dieléctrica y una pérdida dieléctrica cuando está húmedo.

2. Los coeficientes de expansión térmica del sustrato de la placa PCB de Rogers y la lámina de cobre deben ser consistentes, de lo contrario, la lámina de cobre se separará durante el cambio de calor y frío.

3. La pérdida dieléctrica (Df) del sustrato de la placa PCB Rogers debe ser baja, lo que afecta principalmente la calidad de la transmisión de la señal. Cuanto menor sea la pérdida dieléctrica, menor será la pérdida de señal.

4. La constante dieléctrica (Dk) del sustrato de la placa PCB de Rogers debe ser pequeña y estable. En general, cuanto menor sea, mejor; la velocidad de transmisión de la señal es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante dieléctrica del material. Una constante dieléctrica alta puede causar fácilmente retrasos en la transmisión de la señal.

Actualmente, el despliegue global del 5G está en pleno auge. La arquitectura tradicional distribuida de estaciones base 3G/4G se divide en sistemas BBU, RRU y alimentadores de antena, donde los sistemas RRU y alimentadores de antena están conectados mediante el alimentador. Dado que el riesgo de pérdida de transmisión aumenta con las altas frecuencias, la arquitectura de sistemas integrados de RRU y alimentadores de antena puede reducir la pérdida de señal en el alimentador y mejorar la eficiencia de la transmisión. Esta alta integración implica la sustitución de una gran cantidad de componentes dispersos por placas PCB, lo que, en última instancia, aumenta el uso de PCB.

Algunas propiedades del material de PCB de Rogers

 En el prototipado rápido de PCB, la PCB de Rogers es una placa de circuito especial con un cierto umbral técnico, difícil de operar y de alto costo. Las fábricas de pruebas de PCB generales son demasiado complejas de fabricar o, debido al bajo número de pedidos, no desean hacerlo o lo hacen rara vez.

El material RO4350B para PCB de Rogers permite a los ingenieros de RF diseñar circuitos fácilmente, como la adaptación de redes, el control de impedancia de líneas de transmisión, etc. Gracias a su baja pérdida dieléctrica, el RO4350B ofrece más ventajas que los materiales convencionales para placas de circuito en aplicaciones de alta frecuencia. La fluctuación de su constante dieléctrica con la temperatura es casi la más baja entre materiales similares. En un amplio rango de frecuencias, su constante dieléctrica es bastante estable (3.48), y el valor de diseño recomendado es 3.66. La lámina de cobre LoPra™ reduce la pérdida de inserción, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de banda ancha.

El material Rogers PCB RO4003 se puede eliminar con un cepillo de nailon tradicional. Antes de galvanizar el cobre sin electricidad, no se requiere ningún tratamiento especial. La placa debe tratarse con un proceso tradicional de resina epoxi/vidrio. Generalmente, no es necesario eliminar la mancha del orificio de perforación, ya que el sistema de resina de alta temperatura de transferencia (280 °C + [536 °F]) no cambia de color fácilmente durante el proceso de perforación. Si la mancha se debe a operaciones de perforación agresivas, la resina se puede eliminar mediante un ciclo de plasma CF₄/O₂ estándar o un proceso de permanganato alcalino doble.

Los requisitos de cocción de los materiales RO4000 son equivalentes a los de la resina epoxi/vidrio. Generalmente, los equipos que no cocinan placas de resina epoxi/vidrio no necesitan cocinar la placa RO4003. Para la instalación de resina epoxi/vidrio horneado como parte del proceso convencional, recomendamos cocinar a 300 °C-250 °C (121 °F y 149 °F) durante 1 a 2 horas. El RO4003 no contiene retardante de llama. Cabe destacar que las placas embaladas en unidades de infrarrojos (IR) o que funcionan a una velocidad de transmisión muy baja pueden alcanzar temperaturas superiores a 700 °C (371 °F). El RO4003 puede arder a estas altas temperaturas. El sistema que aún utiliza el dispositivo de reflujo infrarrojo u otros equipos que puedan alcanzar estas altas temperaturas debe tomar las precauciones necesarias para garantizar que no exista ningún riesgo.

El RO3003 es un compuesto de PTFE con relleno cerámico para circuitos de alta frecuencia, utilizado en aplicaciones comerciales de microondas y radiofrecuencia. Esta serie de productos está diseñada para ofrecer una excelente estabilidad eléctrica y mecánica a precios competitivos. El material Ro3003 de Rogers PCB presenta una excelente estabilidad de la constante dieléctrica en todo el rango de temperatura, eliminando la variación de la constante dieléctrica cuando el vidrio de PTFE se utiliza a temperatura ambiente. Además, el coeficiente de pérdida del laminado Ro3003 es de tan solo 0.0013 a 10 GHz.

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¿Qué es el material FR4?

Antes de decidir si elegir PCB FR4 o Rogers, es crucial determinar qué material FR4 se necesita. El material FR4 es un sustrato muy común para placas de circuito impreso, que se fabrica mediante laminación de fibra de vidrio con resina epoxi. Sus principales ventajas son su bajo coste y su buena resistencia mecánica, por lo que se utiliza ampliamente en diversos productos electrónicos, como placas base de ordenador y placas de circuito impreso para televisores.

Sin embargo, cuando el circuito necesita transmitir señales de alta frecuencia, el material FR4 resulta poco adecuado, ya que su constante dieléctrica cambia con la frecuencia, lo que provoca una gran pérdida de señal y una degradación del rendimiento.

Materiales de PCB FR4 o Rogers: ¿cuál deberíamos elegir?

Aquí se muestra la tabla de comparación entre el material dieléctrico FR4 y el material de PCB de Rogers, que muestra las diferencias en propiedades clave, rendimiento e idoneidad para aplicaciones:

Al elegir entre el material dieléctrico FR4 y el material PCB de Rogers, el factor más importante es dónde se utilizará su circuito:

FR4: Si estás trabajando en productos electrónicos de baja frecuencia y uso general con un presupuesto limitado, entonces FR4 ya es suficiente.

Placa de circuito impreso Rogers: Pero si su circuito necesita manejar señales de RF, microondas o señales digitales de alta velocidad (como sistemas de comunicación 5G o de radar), es mejor usar PCB Rogers porque ofrecen un rendimiento más estable y una menor pérdida de señal.

Por supuesto, a veces ambos materiales pueden combinarse, combinando el material de la placa de circuito Rogers y el material dieléctrico FR4 en la misma placa. De esta manera, se garantiza el rendimiento y se ahorran costos. Es un enfoque común en muchas aplicaciones avanzadas.

Rogers PCB y PTFE PCB: PCB de alta frecuencia

En los campos de radiofrecuencia (RF) y microondas, la PCB de PTFE (PCB de politetrafluoroetileno) es una placa de circuito impreso de alta frecuencia muy importante. Sus características más destacadas son una pérdida de señal extremadamente baja, un excelente rendimiento de transmisión y su resistencia a altas temperaturas. Por ello, se utiliza a menudo en dispositivos con requisitos de alto rendimiento, como radares, comunicaciones por satélite, estaciones base 5G, módulos de comunicación de alta frecuencia, etc.

Muchos materiales de PCB de alta calidad de Rogers se desarrollan a partir de PTFE. Por ejemplo, las series RT/Duroid y RO3000 de Rogers se fabrican con PCB de PTFE. Estos materiales mantienen una constante dieléctrica estable en entornos de alta frecuencia, con una pérdida de transmisión de señal muy baja, lo que los hace ideales para circuitos de alta velocidad y RF.

En cambio, las PCB FR4 tradicionales tienen un rendimiento inferior a altas frecuencias: sus constantes dieléctricas son inestables y las señales son propensas a la atenuación, lo que imposibilita la fabricación de productos de alto rendimiento. Por lo tanto, si trabaja en proyectos de alta frecuencia o alta fiabilidad, como 5G o radar, sería más adecuado optar por materiales para placas de circuito impreso Rogers o PCB de PTFE.

La banda de alta frecuencia obliga a los materiales de PCB a volverse de alta frecuencia

Actualmente, el despliegue global del 5G está en pleno auge. La arquitectura tradicional distribuida de estaciones base 3G/4G se divide en sistemas BBU, RRU y alimentadores de antena, donde los sistemas RRU y alimentadores de antena se conectan mediante el alimentador. Dado que el riesgo de pérdida de transmisión aumenta con las altas frecuencias, la arquitectura de sistemas integrados de RRU y alimentadores de antena puede reducir la pérdida de señal en el alimentador y mejorar la eficiencia de transmisión. La alta integración permite reemplazar una gran cantidad de componentes dispersos por placas PCB, lo que, en última instancia, aumenta el uso de PCB.

La era 5G debe hacer uso de la banda de alta frecuencia (3GPP ha especificado que el rango de frecuencia soportado por 5GNR es 450MHz-52.6GHz) porque:

1. Después de la iteración de las primeras cuatro generaciones de tecnologías de comunicación, los recursos en la banda de baja frecuencia han sido ocupados y no hay muchos recursos disponibles para el desarrollo de 5G;

2. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la capacidad de carga de información, mayor será la riqueza de recursos y, por lo tanto, mayor será la velocidad de transmisión (por ejemplo, solo cinco canales de 20 MHz se pueden dividir en 100 MHz, mientras que 50 canales de 20 MHz se pueden dividir en 1 GHz). Debido al fenómeno de resonancia causado por la carga y a la influencia del efecto de la línea de transmisión, cuanto mayor sea la frecuencia de las ondas electromagnéticas, mayor será la atenuación. 

Para lograr una transmisión eficiente a alta frecuencia, es necesario controlar la pérdida de señales en el transceptor y los dispositivos de transmisión. Por ello, los dispositivos de soporte correspondientes se sustituirán de las placas convencionales por placas de alta frecuencia (como el material Rogers PCB RO4350). En concreto, la antena terminal utilizaba originalmente FPC (placa de circuito impreso flexible) con PI como material principal. Sin embargo, debido a la alta constante dieléctrica (Dk, la capacidad del medio para bloquear electrones) y la pérdida dieléctrica (Df, la capacidad del medio de transmisión para convertir la energía eléctrica en energía térmica), la eficiencia de transmisión es baja. Por lo tanto, la tendencia a sustituir el PI por polímero de cristal líquido (LCP) con menores Dk y Df es cada vez más frecuente. 

Actualmente, el LCP se ha incorporado a los teléfonos móviles de Apple y se espera que se generalice en el futuro. Por ejemplo, un módulo LCP en el iPhone X cuesta entre 4 y 5 USD por antena.

La estación base también necesita materiales de alta frecuencia (como el material Rogers PCB RO4350). Actualmente, el esquema principal es usar politetrafluoroetileno (PTFE) o PCB de hidrocarburo (con muy buenas propiedades dieléctricas). El costo unitario aumenta aproximadamente entre 1.5 y 3 veces. Se necesita una placa de CA de alta frecuencia en la RRU de la estación base 3G/4G. Entre ellos, se necesitan materiales de alta frecuencia (como el material Rogers PCB RO4350) para la PCB de los amplificadores de potencia de RF. La demanda de placas de PCB de alta frecuencia (como el material Rogers PCB RO4350) para placas de CA de media y alta frecuencia de 5G AAU aumentará, y la cantidad de materiales de alta frecuencia utilizados en las placas de PCB aumentará, lo que aumentará el valor de una sola placa.

La placa PCB de alta frecuencia (PCB) es un tipo especial de laminado revestido de cobre con sustrato de microondas de alta frecuencia, también llamada placa PCB de microondas de alta frecuencia, que puede transformarse en PCB de alta frecuencia mediante un procesamiento posterior. La placa PCB Rogers, fabricada con material de alta frecuencia de PCB Rogers, se utiliza ampliamente en estaciones base de comunicaciones y antenas de aviación, con una alta demanda y prometedoras perspectivas de mercado.

Como proveedor líder mundial de placas especiales, Rogers Board cuenta con una cuota de mercado global superior al 50% y cuenta con 20 años de experiencia en el sector de la radiofrecuencia para antenas de estaciones base. La empresa ha establecido un tercer centro de I+D en Estados Unidos, centrado en la I+D de productos 5G, y ha lanzado una placa de alta frecuencia para antenas RF 5G. Con la expansión de la escala comercial del 5G, la empresa está a punto de impulsar la flexibilidad de alto rendimiento.

El mercado es consciente de la gran demanda de placas de alta frecuencia para el 5G, pero desconoce que la mayor elasticidad de la demanda se encuentra en las placas PCB Rogers para antenas de estaciones base. Dado que la banda de frecuencia de las aplicaciones 5G es superior a la de 4G, es necesario adaptar las placas PCB Rogers para ondas milimétricas, y la tendencia de desarrollo de las antenas se orientará hacia la multirrecepción, multitransmisión y miniaturización. El número de puertos de antena ha aumentado de los tradicionales 4 y 8 puertos a 64 y 128 puertos, y la demanda de placas PCB Rogers para aplicaciones de antena ha aumentado drásticamente.

Tras una investigación del sector, se estima, de forma conservadora, que el coste de adquisición de los materiales de inicialización para una antena 5G es de 3 a 4 veces superior al de una antena multimodo 4G, y que el número de placas PCB Rogers utilizadas en antenas multirreceptoras y multitransmisoras es mayor que el de las antenas multimodo. Por lo tanto, el mercado de placas de alta frecuencia para antenas de estaciones base 5G se ha expandido al menos entre 4 y 6 veces. Con la llegada de la era comercial del 5G, el mercado de placas PCB Rogers presenta un amplio potencial.