برد مدار چاپی راجرز چیست؟

با توسعه فناوری الکترونیک، تولید محصولات الکترونیکی به مواد بیشتر و بیشتری مانند مواد با فرکانس بالا نیاز دارد.

به عنوان مثال، راجرز پی‌سی‌بی را در نظر بگیرید. ماده راجرز پی‌سی‌بی نوعی برد فرکانس بالا است که توسط شرکت راجرز تولید می‌شود و با رزین اپوکسی بردهای معمولی پی‌سی‌بی متفاوت است. این برد هیچ فیبر شیشه‌ای در وسط ندارد و یک ماده فرکانس بالای سرامیکی است. وقتی فرکانس کاری مدار بالاتر از ۵۰۰ مگاهرتز باشد، طیف مواد موجود برای مهندسان طراح بسیار کاهش می‌یابد.

مواد راجرز PCB دارای ثابت دی الکتریک و پایداری دمایی عالی هستند و ضریب انبساط حرارتی ثابت دی الکتریک آن با فویل مس بسیار سازگار است که می‌تواند برای بهبود کاستی‌های زیرلایه پلی تترافلوئورواتیلن PTFE مورد استفاده قرار گیرد. این ماده برای طراحی با سرعت بالا و همچنین کاربردهای تجاری مایکروویو و RF بسیار مناسب است.

به دلیل جذب آب کم، می‌تواند به عنوان یک انتخاب ایده‌آل در محیط‌های با رطوبت بالا مورد استفاده قرار گیرد و بهترین مواد و منابع مرتبط را در اختیار مشتریان در صنعت بردهای فرکانس بالا قرار دهد و اساساً کیفیت محصول را کنترل کند.

به طور کلی، برد فرکانس بالای راجرز PCB را می‌توان به عنوان برد مدار چاپی PCB با فرکانس بالاتر از 1 گیگاهرتز تعریف کرد. عملکرد فیزیکی، دقت و پارامترهای فنی آن بسیار مورد توجه است و اغلب در سیستم‌های ارتباطی، سیستم‌های ضد برخورد خودرو، سیستم‌های ماهواره‌ای، سیستم‌های رادیویی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود.

طبقه بندی سری مواد برد PCB راجرز

مواد برد PCB راجرز سری RO3000®:

بر اساس مواد مدار PTFE پر شده با سرامیک، مدل‌های RO3003G2™، RO3003™، RO3203™، RO3035™، RO3006™، RO3010™، RO3210™ مواد برد PCB راجرز سری RO4000®: لمینت و پیش‌پرگ هیدروکربنی پر شده با سرامیک Ro4000 یک سری محصول پیشرو در صنعت است. این مدل‌ها عبارتند از: RO4003C، RO4350b، RO4360G2، RO4830، RO4835T، RO4533، RO4534، RO4535، RO4725JXR و RO4730G3.

جنس برد PCB راجرز، لمینت RT/duroid®:

مواد مدار فرکانس بالای RT/Duroid® یک لایه کامپوزیتی حاوی پرکننده PTFE (الیاف شیشه‌ای تصادفی یا سرامیک) است که برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا، هوافضا و دفاع ملی مناسب است. شامل: RT/duroid® 5880، RT/duroid® 5880lz، RT/duroid® 5870، RT/duroid® 6002، RT/duroid® 6202 و غیره.

مواد برد PCB راجرز سری TMM®:

مواد کامپوزیتی بر پایه سرامیک‌ها، هیدروکربن‌ها و پلیمرهای ترموست، شماره مدل‌های: TMM3، TMM4، TMM6، TMM10، TMM10i و TMM13i و غیره.

تجزیه و تحلیل دقیق پارامترهای PCB راجرز

1. بستر برد PCB راجرز جذب آب کمی دارد و جذب آب زیاد باعث ایجاد ثابت دی الکتریک و از بین رفتن دی الکتریک در هنگام خیس شدن می شود.

2. ضرایب انبساط حرارتی زیرلایه برد مدار چاپی راجرز و فویل مسی باید سازگار باشند، در غیر این صورت، فویل مسی در طول تغییر گرما و سرما از هم جدا می‌شود.

3. تلفات دی الکتریک (Df) ماده زیرلایه برد مدار چاپی راجرز باید کوچک باشد، که عمدتاً بر کیفیت انتقال سیگنال تأثیر می‌گذارد. هرچه تلفات دی الکتریک کمتر باشد، تلفات سیگنال نیز کمتر خواهد بود.

4. ثابت دی‌الکتریک (Dk) زیرلایه برد مدار چاپی راجرز باید کوچک و پایدار باشد. به طور کلی، هر چه کوچکتر باشد، بهتر است؛ سرعت انتقال سیگنال با جذر ثابت دی‌الکتریک ماده نسبت معکوس دارد. ثابت دی‌الکتریک بالا به راحتی باعث تأخیر در انتقال سیگنال می‌شود.

در حال حاضر، طرح جهانی 5G در حال شتاب گرفتن است. معماری توزیع‌شده ایستگاه پایه 3G/4G سنتی را می‌توان به سیستم‌های BBU، RRU و فیدر آنتن تقسیم کرد که در آن‌ها سیستم‌های RRU و فیدر آنتن توسط فیدر به هم متصل می‌شوند. از آنجایی که خطر افت انتقال با فرکانس بالا افزایش می‌یابد، معماری سیستم‌های RRU و فیدر آنتن یکپارچه می‌تواند افت سیگنال در فیدر را کاهش داده و راندمان انتقال را بهبود بخشد. ادغام بالا به این معنی است که تعداد زیادی از اجزای پراکنده با بردهای PCB جایگزین می‌شوند که در نهایت باعث افزایش استفاده از واحد PCB می‌شود.

برخی از خواص مواد PCB راجرز

 در نمونه‌سازی سریع PCB، راجرز PCB یک برد مدار چاپی خاص با آستانه فنی خاص است که کار با آن دشوار و هزینه بالایی دارد. کارخانه‌های عمومی تصحیح PCB برای ساخت آن بسیار دردسرساز هستند، یا به دلیل تعداد کم سفارشات مشتری، نمی‌خواهند این کار را انجام دهند یا به ندرت انجام می‌دهند.

مواد RO4350B ساخت Rogers PCB به مهندسان RF اجازه می‌دهد تا مدارهایی مانند تطبیق شبکه، کنترل امپدانس خطوط انتقال و غیره را به راحتی طراحی کنند. به دلیل تلفات دی‌الکتریک پایین، RO4350B مزایای بیشتری نسبت به مواد معمولی برد مدار در کاربردهای فرکانس بالا دارد. نوسان ثابت دی‌الکتریک آن با دما تقریباً کمترین مقدار در بین مواد مشابه است. در یک محدوده فرکانسی وسیع، ثابت دی‌الکتریک آن کاملاً پایدار، 3.48 است و مقدار طراحی توصیه شده 3.66 است. فویل مسی LoPra™ می‌تواند تلفات ورودی را کاهش دهد. این امر این ماده را برای کاربردهای پهنای باند مناسب می‌کند.

مواد Rogers PCB RO4003 را می‌توان با یک برس نایلونی سنتی پاک کرد. قبل از آبکاری الکتریکی مس بدون برق، نیازی به عملیات خاصی نیست. برد باید با یک فرآیند سنتی رزین اپوکسی/شیشه عملیات شود. به طور کلی، نیازی به برداشتن سوراخ سوراخ‌کاری نیست زیرا سیستم رزین با دمای بالا (280 درجه سانتیگراد + [536 درجه فارنهایت]]) به راحتی در طول فرآیند سوراخ‌کاری تغییر رنگ نمی‌دهد. اگر لکه ناشی از عملیات سوراخ‌کاری تهاجمی باشد، رزین را می‌توان با یک چرخه پلاسمای استاندارد CF4/O2 یا فرآیند پرمنگنات قلیایی مضاعف پاک کرد.

الزامات پخت مواد RO4000 معادل الزامات رزین اپوکسی/شیشه است. به طور کلی، تجهیزاتی که صفحه رزین اپوکسی/شیشه را نمی‌پزند، نیازی به پخت صفحه RO4003 ندارند. برای نصب رزین اپوکسی/شیشه پخته شده به عنوان بخشی از فرآیند مرسوم، پخت در دمای 300 درجه فارنهایت، 250 درجه فارنهایت (121 درجه سانتیگراد-149 درجه سانتیگراد) به مدت 1 تا 2 ساعت توصیه می‌شود. RO4003 حاوی هیچ ماده بازدارنده شعله‌ای نیست. می‌توان درک کرد که تخته‌های بسته‌بندی شده در واحدهای مادون قرمز (IR) یا در حال کار با سرعت انتقال بسیار پایین می‌توانند به دمای بیش از 700 درجه فارنهایت (371 درجه سانتیگراد) برسند. RO4003 می‌تواند در این دماهای بالا شروع به سوختن کند. سیستمی که هنوز از دستگاه رفلاکس مادون قرمز یا سایر تجهیزاتی که می‌توانند به این دماهای بالا برسند استفاده می‌کند، باید اقدامات احتیاطی لازم را انجام دهد تا اطمینان حاصل شود که هیچ خطری وجود ندارد.

RO3003 یک کامپوزیت PTFE پر شده با سرامیک برای مواد مدار فرکانس بالا است که در کاربردهای مایکروویو تجاری و فرکانس رادیویی استفاده می‌شود. این سری از محصولات به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پایداری الکتریکی و مکانیکی عالی را با قیمت‌های رقابتی ارائه دهند. ماده Ro3003 ساخت Rogers PCB دارای پایداری ثابت دی‌الکتریک عالی در کل محدوده دما است، از جمله حذف تغییر ثابت دی‌الکتریک هنگام استفاده از ماده شیشه‌ای PTFE در دمای اتاق. علاوه بر این، ضریب تلفات لمینت Ro3003 به کمی 0.0013 تا 10 گیگاهرتز است.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.

ماده FR4 چیست؟

قبل از تصمیم گیری در مورد انتخاب FR4 یا برد مدار چاپی Rogers، بسیار مهم است که ابتدا مشخص کنید به چه ماده FR4 نیاز دارید. ماده FR4 یک زیرلایه بسیار رایج برای بردهای مدار چاپی است که با لمینت کردن پارچه فایبرگلاس با رزین اپوکسی ساخته می‌شود. بزرگترین مزایای آن هزینه کم و استحکام مکانیکی خوب آن است، بنابراین به طور گسترده در محصولات الکترونیکی عمومی مختلف مانند مادربردهای کامپیوتر و بردهای مدار تلویزیون استفاده می‌شود.

با این حال، هنگامی که مدار شما نیاز به انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا دارد، جنس FR4 تا حدودی ناکافی به نظر می‌رسد. زیرا ثابت دی‌الکتریک آن با فرکانس تغییر می‌کند که منجر به تلفات زیاد سیگنال و تخریب عملکرد می‌شود.

مواد PCB FR4 یا Rogers: کدام یک را باید انتخاب کنیم؟

در اینجا جدول مقایسه بین ماده دی‌الکتریک FR4 و ماده برد مدار چاپی Rogers آمده است که تفاوت‌ها در خواص کلیدی، عملکرد و مناسب بودن کاربرد را نشان می‌دهد:

هنگام انتخاب بین ماده دی الکتریک FR4 و ماده برد مدار چاپی Rogers، مهمترین عامل محل استفاده از مدار شماست:

FR4: اگر روی محصولات الکترونیکی عمومی با فرکانس پایین و بودجه محدود کار می‌کنید، FR4 به اندازه کافی خوب است.

برد مدار چاپی راجرز: اما اگر مدار شما نیاز به مدیریت سیگنال‌های RF، مایکروویو یا سیگنال‌های دیجیتال پرسرعت (مانند سیستم‌های ارتباطی 5G یا رادار) دارد، بهتر است از بردهای مدار چاپی Rogers استفاده کنید زیرا عملکرد پایدارتر و افت سیگنال کمتری ارائه می‌دهند.

البته، گاهی اوقات می‌توان از هر دو ماده با هم استفاده کرد - ترکیب ماده برد مدار راجرز و ماده دی‌الکتریک FR4 روی یک برد. به این ترتیب، می‌توانید عملکرد را تضمین کنید و در عین حال در هزینه‌ها نیز صرفه‌جویی کنید. این یک رویکرد رایج در بسیاری از کاربردهای پیشرفته است.

راجرز PCB و PTFE PCB: بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا

در زمینه‌های فرکانس رادیویی (RF) و مایکروویو، برد مدار چاپی PTFE (پلی تترافلوئورواتیلن) یک برد مدار چاپی با فرکانس بالا بسیار مهم است. برجسته‌ترین ویژگی‌های آن عبارتند از: افت سیگنال بسیار کم، عملکرد انتقال قوی و مقاومت در برابر دماهای بالا. بنابراین اغلب در برخی از دستگاه‌هایی که به عملکرد بالا نیاز دارند، مانند رادارها، ارتباطات ماهواره‌ای، ایستگاه‌های پایه 5G، ماژول‌های ارتباطی فرکانس بالا و غیره استفاده می‌شود.

بسیاری از مواد PCB با کیفیت بالای Rogers در واقع بر اساس PTFE توسعه یافته‌اند. به عنوان مثال، سری RT/duroid و سری RO3000 Rogers همگی متعلق به PCBS PTFE هستند. این مواد می‌توانند ثابت دی‌الکتریک پایداری را در محیط‌های فرکانس بالا حفظ کنند و افت انتقال سیگنال بسیار کمی داشته باشند که آنها را برای مدارهای پرسرعت و RF بسیار مناسب می‌کند.

در مقابل، بردهای مدار چاپی سنتی FR4 در فرکانس‌های بالا عملکرد ضعیف‌تری دارند: ثابت‌های دی‌الکتریک آنها ناپایدار هستند و سیگنال‌ها مستعد تضعیف هستند و تولید محصولات با کارایی بالا را غیرممکن می‌کنند. بنابراین اگر روی پروژه‌های فرکانس بالا یا با قابلیت اطمینان بالا مانند 5G یا رادار کار می‌کنید، انتخاب مواد برد مدار چاپی Rogers یا بردهای مدار چاپی PTFE مناسب‌تر خواهد بود.

باند فرکانس بالا، مواد PCB را مجبور به فرکانس بالا شدن می‌کند

در حال حاضر، طرح جهانی 5G در حال شتاب گرفتن است. معماری توزیع‌شده ایستگاه پایه 3G/4G سنتی را می‌توان به سیستم‌های BBU، RRU و فیدر آنتن تقسیم کرد که در آن‌ها سیستم‌های RRU و فیدر آنتن توسط فیدر به هم متصل می‌شوند. از آنجایی که خطر افت انتقال با فرکانس بالا افزایش می‌یابد، معماری سیستم‌های RRU و فیدر آنتن یکپارچه می‌تواند افت سیگنال در فیدر را کاهش داده و راندمان انتقال را بهبود بخشد. ادغام بالا باعث می‌شود تعداد زیادی از اجزای پراکنده با بردهای PCB جایگزین شوند که در نهایت باعث افزایش استفاده از واحد PCB می‌شود.

عصر 5G باید از باند فرکانس بالا استفاده کند (3GPP مشخص کرده است که محدوده فرکانس پشتیبانی شده توسط 5GNR 450 مگاهرتز تا 52.6 گیگاهرتز است) زیرا:

1. پس از تکرار چهار نسل اول فناوری‌های ارتباطی، منابع موجود در باند فرکانس پایین اشغال شده‌اند و منابع زیادی برای توسعه 5G در دسترس نیست؛

2. هرچه فرکانس بالاتر باشد، اطلاعات بیشتری می‌توان بارگذاری کرد، منابع غنی‌تر می‌شوند و در نتیجه نرخ انتقال بالاتر می‌رود (برای مثال، فقط پنج کانال 20 مگاهرتزی را می‌توان در 100 مگاهرتز تقسیم کرد، در حالی که 50 کانال 20 مگاهرتزی را می‌توان در 1 گیگاهرتز تقسیم کرد). با توجه به پدیده رزونانس ناشی از بار و تأثیر اثر خط انتقال، هرچه فرکانس امواج الکترومغناطیسی بالاتر باشد، تضعیف شدیدتر خواهد بود. 

برای تحقق انتقال کارآمد در فرکانس بالا، کنترل تلفات سیگنال‌ها در فرستنده-گیرنده و دستگاه‌های انتقال ضروری است و دستگاه‌های یاتاقان مربوطه از صفحات معمولی گذشته به صفحات فرکانس بالا (مانند ماده Rogers PCB RO4350) تغییر خواهند کرد. به طور خاص، آنتن ترمینال در ابتدا از FPC (برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر) با PI به عنوان ماده اصلی استفاده می‌کرد، اما به دلیل ثابت دی‌الکتریک (Dk، توانایی محیط برای مسدود کردن الکترون‌ها) و تلفات دی‌الکتریک (Df، توانایی محیط انتقال برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی) هر دو بالا هستند، بنابراین راندمان انتقال پایین است. بنابراین، روند جایگزینی PI با پلیمر کریستال مایع (LCP) با Dk و Df پایین‌تر به طور فزاینده‌ای برجسته می‌شود. 

در حال حاضر، LCP در گوشی‌های موبایل اپل معرفی شده است و انتظار می‌رود مواد LCP در آینده به مواد اصلی تبدیل شوند. به عنوان مثال، با توجه به اپل، هزینه هر آنتن در ماژول LCP آیفون X حدود ۴-۵ دلار آمریکا است.

ایستگاه پایه همچنین به مواد با فرکانس بالا (مانند ماده Rogers PCB RO4350) نیاز دارد. در حال حاضر، طرح اصلی استفاده از پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) یا PCB هیدروکربنی (با خواص دی الکتریک بسیار خوب) است. هزینه واحد حدود 1.5 تا 3 برابر افزایش می‌یابد. یک برد AC با فرکانس بالا در ایستگاه پایه 3G/4G RRU مورد نیاز است. در میان آنها، مواد با فرکانس بالا (مانند ماده Rogers PCB RO4350) برای PCB تقویت‌کننده‌های توان RF مورد نیاز است. تقاضا برای برد PCB با فرکانس بالا (مانند ماده Rogers PCB RO4350) برای برد AC با فرکانس متوسط و بالای 5G AAU افزایش خواهد یافت و میزان مواد با فرکانس بالای مورد استفاده در برد PCB افزایش خواهد یافت، در نتیجه ارزش یک برد واحد افزایش می‌یابد.

برد PCB فرکانس بالا نوع خاصی از لمینت با روکش مسی با زیرلایه مایکروویو فرکانس بالا است که به آن برد PCB مایکروویو فرکانس بالا نیز گفته می‌شود و با پردازش بیشتر می‌توان آن را به PCB فرکانس بالا تبدیل کرد. برد PCB راجرز ساخته شده از مواد فرکانس بالای PCB راجرز به طور گسترده در ایستگاه پایه ارتباطی و هوانوردی آنتن استفاده می‌شود و تقاضای بالایی دارد و چشم‌انداز بازار امیدوارکننده‌ای دارد.

شرکت راجرز بورد، به عنوان تأمین‌کننده پیشرو صفحات ویژه در جهان، سهم بازار جهانی بیش از 50 درصد را در اختیار دارد و 20 سال تجربه صنعتی در زمینه فرکانس رادیویی آنتن ایستگاه پایه دارد. این شرکت سومین مرکز تحقیق و توسعه خود را در ایالات متحده با تمرکز بر تحقیق و توسعه محصولات 5G راه‌اندازی کرده و یک برد فرکانس بالا برای آنتن 5G RF راه‌اندازی کرده است. با گسترش مقیاس تجاری 5G، این شرکت در آستانه ورود به انعطاف‌پذیری با عملکرد بالا است.

بازار می‌داند که 5G تقاضای زیادی برای بردهای فرکانس بالا دارد، اما نمی‌داند که بزرگترین کشش تقاضا، برد PCB راجرز برای آنتن‌های ایستگاه پایه است. از آنجایی که باند فرکانسی کاربرد 5G بالاتر از 4G است، لازم است که با برد PCB راجرز موج میلی‌متری سازگار شود و روند توسعه آنتن به سمت دریافت چندگانه، ارسال چندگانه و کوچک‌سازی تغییر خواهد کرد. تعداد پورت‌های آنتن از 4 پورت و 8 پورت سنتی به 64 پورت و 128 پورت افزایش یافته است و تقاضا برای برد PCB راجرز برای کاربرد آنتن به طرز چشمگیری افزایش یافته است.

پس از تحقیقات صنعتی، به طور محافظه‌کارانه تخمین زده می‌شود که هزینه تهیه مواد اولیه برای یک آنتن 5G، 3 تا 4 برابر یک آنتن چند حالته 4G است و تعداد بردهای PCB راجرز مورد استفاده در آنتن چند گیرنده و چند فرستنده بیشتر از آنتن چند حالته است. بنابراین، فضای بازار یک برد فرکانس بالا برای آنتن ایستگاه پایه 5G حداقل 4 تا 6 برابر گسترش می‌یابد. با ظهور دوران تجاری 5G، بازار برد PCB راجرز چشم‌انداز گسترده‌ای دارد.