Atualmente, materiais de PCB de alta frequência estão sendo cada vez mais utilizados em produtos eletrônicos de ponta. A demanda por esse material é enorme. Hoje, apresentaremos um tipo de material de PCB de alta frequência: o material Rogers. Esse material é diferente do laminado de folha de cobre FR-4 tradicional. Compararemos as diferenças entre esses dois materiais com mais detalhes neste artigo. Sem mais delongas, vamos direto ao assunto!
O que é o material PCB da Rogers?
Antes de apresentar a definição de materiais para PCBs da Rogers, precisamos primeiro entender o que é "Rogers". A Rogers tem origem na empresa Rogers Corporation, especializada na produção de substratos para placas de circuito impresso de alta frequência. Devido à significativa influência das placas produzidas por essa empresa no setor, o termo "Rogers" passou a ser usado de forma genérica para placas ou materiais de alta frequência. Com o tempo, esse nome tornou-se sinônimo de placas de alta frequência.
Os chamados materiais de PCB da Rogers são, na verdade, placas revestidas de cobre produzidas pela Rogers Corporation. Esse material é muito superior ao material FR-4 tradicional em termos de desempenho elétrico e propriedades mecânicas. A seguir, apresentaremos as principais características desse material.
Principais características do material de PCB da Rogers
1. Constante dielétrica baixa (Dk)
Uma das características do material para PCBs da Rogers é sua constante dielétrica ajustável. Essa constante varia de 2.2 a 10. Essa flexibilidade permite que os engenheiros projetem com precisão o controle de impedância em diversas frequências de RF e micro-ondas. Por exemplo, os materiais Rogers 4003 e Rogers 4350 são amplamente utilizados porque oferecem valores de Dk estáveis, mantendo uma boa relação custo-benefício.
2. Baixo fator de perda dielétrica (Df)
O fator de perda dielétrica do laminado revestido de cobre da Rogers é extremamente baixo, razão pela qual é tão conhecido. Um baixo fator de perda dielétrica significa que a perda de sinal pode ser minimizada. Isso é crucial para manter a integridade do sinal no projeto de materiais para placas de circuito impresso de alta frequência.
3. Estabilidade térmica
O desempenho de estabilidade térmica do material de PCB da Rogers é excelente. Ele consegue manter um desempenho elétrico e uma constante dielétrica (Dk) consistentes em ambientes que variam de -55 °C a 100 °C.°C a + 280°C. Isso significa que ele pode manter a alta confiabilidade do circuito mesmo quando operando em condições de frio extremo em grandes altitudes ou em ambientes quentes.
Além disso, a temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de decomposição (Td) do material para PCB da Rogers são significativamente maiores do que as do FR-4 comum (caso tenha a folha de dados do material para PCB da Rogers, pode consultá-la). Isso indica que o material da Rogers pode evitar danos ao meio causados pelo superaquecimento em circuitos de RF de alta potência e projetos de interconexão de alta densidade.
4. Propriedades mecânicas confiáveis
As propriedades mecânicas do material Rogers também são igualmente excelentes. Seu coeficiente de expansão térmica (CTE) é próximo ao do cobre. E com a consistência do CTE, o material para PCB da Rogers pode reduzir significativamente os riscos de delaminação, empenamento ou fissuras nas juntas de solda entre o substrato e o cobre devido à incompatibilidade de expansão.
Essa característica é muito importante para aumentar a confiabilidade a longo prazo da placa de circuito impresso. Ao mesmo tempo, o material da placa de circuito impresso da Rogers possui excelente estabilidade dimensional. Ele consegue manter sempre espessura e estrutura consistentes durante os processos de perfuração, corrosão e laminação.
Principais propriedades do material de PCB da Rogers (em comparação com o FR4)
Ao comparar o material de PCB da Rogers com o substrato mais comum na indústria - FR4 - as características excepcionais do material da Rogers podem ser demonstradas de forma mais intuitiva. Como mostrado na tabela abaixo,
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Propriedade/Parâmetro
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Rogers PMaterial CB
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Material de PCB FR-4
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Constante Dielétrica (Dk)
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Ajustável 2.2 - 10 (ampla faixa, controle preciso de impedância). Diferentes séries como Rogers 4003 (Dk≈3.55) e Rogers 4350 (Dk≈3.66) suportam vários projetos de RF e micro-ondas.
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Corrigido por volta da versão 4.2. - 4.8, opções muito limitadas.
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Fator de Dissipação (Df)
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Ultrabaixo (normalmente 0.001) - 0.004 a 10 GHz). Garante perda mínima de sinal, ideal para materiais de PCB de alta frequência.
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Maior (~0.02 a 10 GHz). Causa perda significativa de sinal em alta velocidade/frequência.
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Estabilidade térmica (Tg / Td)
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Tg alto > 280 °C, Td até 390-425 °C dependendo da série. Comportamento dielétrico estável de -55 °C a + 280 °Classe C, adequada para aplicações aeroespaciais, radares e 5G.
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Tg moderado (~140)-170 °C) As propriedades elétricas se degradam em altas potências/temperaturas.
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CTE (Coeficiente de Expansão Térmica)
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A correspondência é quase perfeita para o cobre (~10-14 ppm/°C no plano). Reduz a delaminação e a tensão em montagens de PCBs multicamadas.
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Incompatibilidade com o cobre. Um coeficiente de expansão térmica (CTE) mais elevado no eixo Z aumenta o risco de empenamento, fissuras e delaminação.
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Condutividade Térmica
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~ 0.69-0.71 W / m·K (melhor dissipação de calor do que FR-4).
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~ 0.3-0.4 W / m·K (gestão térmica deficiente).
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Absorção de umidade
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Muito baixo (~0.02)-0.06%). Desempenho de RF estável em ambientes úmidos.
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Maior (aproximadamente 0.10% ou mais). As propriedades se alteram sob umidade, desafinando os circuitos de radiofrequência.
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estabilidade dimensional
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Excelente. Mantém a espessura/estrutura durante a perfuração, corrosão e laminação.
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Menor estabilidade. Suscetível a tensões de processo, mais difícil de manter a precisão em projetos de alta frequência.
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Capacidade de fabricação
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Série RO4000 (ex.: 4003, 4350) compatível com processos FR-4 → Custo-benefício excelente. As séries de alta gama (RT/duroid, TMM) exigem processamento especializado, mas oferecem desempenho incomparável.
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Totalmente compatível com processos padrão de fabricação de placas de circuito impresso (PCB), mas adequado apenas para eletrônicos de consumo/industriais de baixa a média frequência.
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Tipos de materiais para placas de circuito impresso da Rogers
Os materiais para PCBs da Rogers não são um produto único, mas sim uma ampla gama de laminados revestidos de cobre da Rogers. As diversas séries de materiais para PCBs oferecidas pela Rogers Corporation garantem que os projetistas possam selecionar a mais adequada às suas necessidades. A seguir, apresentaremos algumas das séries mais utilizadas:
Série RO3000
A série RO3000 foi desenvolvida especificamente para circuitos e antenas de micro-ondas de alta frequência. Esta série apresenta uma constante dielétrica estável (Dk). ≈ 3.0 - 6.15), fator de perda dielétrica extremamente baixo (Df ~ 0.0013 - 0.003) e excelente estabilidade térmica. Mesmo em frequências extremamente altas, este material consegue manter um desempenho de radiofrequência consistente.
Série RO4000
A série RO4000 é uma das séries de laminados revestidos de cobre mais populares da Rogers, sendo a solução preferida por muitos clientes da empresa.s Montagens de PCBs. Oferece alta relação custo-benefício e compatibilidade com o processo FR-4. Dentre esta série, os dois tipos mais comuns são o Rogers 4003 e o Rogers 4350.
Rogers 4003 (RO4003C): Dk ~3.55, Df ~0.0027 (a 10 GHz), mantendo um desempenho estável em uma ampla faixa de frequência.
Rogers 4350 (RO4350B): Dk ~3.66, Df ~0.0031, uma série especificamente otimizada para montagem de PCBs multicamadas.
Série RT/duroid
A série RT/duroid representa a linha de produtos de alta gama da Rogers e foi projetada especificamente para as aplicações mais exigentes. Esta série é baseada em material compósito de PTFE e apresenta um valor Df extremamente baixo (<0.001), excelente estabilidade dimensional e uma taxa de absorção de água extremamente baixa (~0.02%). Os produtos fabricados com esta série possuem desempenho de radiofrequência de classe mundial e são altamente adequados para frequências extremamente altas e ambientes aeroespaciais.
Série TMM
O nome completo da TMM é thermoso mmicroondas mmateriais. Esta série preenche a lacuna entre desempenho e facilidade de processamento. Sua faixa de Dk geralmente varia de 3.27 a 13.0, com um baixo Df e alta resistência mecânica. Se suas propriedades cerâmicas forem combinadas com o processo de termofixação, ele não só proporciona alto desempenho em radiofrequência, como também é mais fácil de processar do que laminados revestidos de cobre à base de PTFE.
Além das quatro séries mencionadas acima, os materiais para placas de circuito impresso da Rogers também possuem diversas outras séries. A tabela a seguir resume as principais séries de materiais para placas de circuito impresso (PCB) da Rogers, incluindo sua constante dielétrica (Dk), fator de dissipação (Df) e principais características de desempenho.
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Série Rogers / Produto
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C dielétricoimediatamente
(Min)
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Fator de dissipação
(Df)
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Principais funcionalidades
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Série RO3000
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3.0 - 6.15
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0.0013 - 0.003
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Alta estabilidade, baixa perda, ampla gama de opções Dk
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Série RO4000 (RO4003C, RO4350B)
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3.38 - 3.66
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0.0027 - 0.0031
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Processos econômicos e compatíveis com FR-4
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Série RT/duroid
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2.2 - 10.2
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<0.001 - 0.002
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À base de PTFE, com perdas extremamente baixas e absorção de umidade muito baixa.
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Série TMM
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3.27 - 13.0
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0.002 - 0.0025
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Termofixo com carga cerâmica, processamento mais fácil, alta resistência mecânica.
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Série RO2000
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~ 2.98
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~ 0.0012
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Perda muito baixa, excelente estabilidade térmica.
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Série CLTE-XT
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2.94 - 3.0
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0.001 - 0.002
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CTE ultrabaixo, expansão compatível com cobre
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Série AD/AD
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2.5 - 10.2
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0.001 - 0.003
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Laminados de PTFE/vidro de baixa perda, excelente consistência.
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Série RO4700
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~ 3.5
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0.0026
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Desempenho térmico aprimorado, livre de halogênios
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Série CLTE-MW
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~ 2.94
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0.0015
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Otimizado para micro-ondas, estável em amplas faixas de temperatura.
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Aplicações de materiais Rogers PCB
Graças às propriedades exclusivas do material de PCB da Rogers, os laminados revestidos de cobre da Rogers tornaram-se um núcleo indispensável em muitos sistemas eletrônicos avançados.
No campo das antenas de estações base 5G e circuitos de RF, os materiais de PCB da Rogers são comumente usados em arranjos de antenas, módulos front-end de RF e circuitos de filtragem. A rede 5G precisa alcançar transmissão de dados em altíssima velocidade e baixa latência em altas frequências, e o controle da perda de sinal é extremamente rigoroso. O baixo fator de perda dielétrica dos materiais da Rogers garante a minimização da atenuação do sinal. Além disso, os engenheiros podem projetar estruturas de antena compactas e eficientes com base em constantes dielétricas precisas.
Nos campos da comunicação via satélite e do radar aeroespacial, os materiais de PCB da Rogers também desempenham um papel muito importante. Os laminados revestidos de cobre da Rogers (como a série RT/duroid) possuem baixíssima higroscopicidade e excelente estabilidade térmica, o que garante uma operação estável a longo prazo em ambientes orbitais ou de alta altitude. Por exemplo, o uso de materiais de PCB da Rogers em equipamentos de satélite e radar possibilita comunicação confiável a longa distância e detecção de sinais de alta precisão em frequências de gigahertz e ondas milimétricas.
Os veículos modernos utilizam módulos de radar de 24 GHz e 77 GHz em sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) para funções como controle de cruzeiro adaptativo, alerta de colisão e direção autônoma. Os requisitos de alta frequência dos radares automotivos exigem substratos com baixa perda de sinal e alta estabilidade dimensional. Ao utilizar os materiais de PCB da Rogers, os fabricantes de automóveis podem garantir que os sensores de radar permaneçam precisos e confiáveis em ambientes com alta temperatura, vibração e umidade.
Os materiais da Rogers também são amplamente utilizados na montagem de placas de circuito impresso (PCBs) para roteadores de alta velocidade e equipamentos de rede. Eles conseguem manter a integridade do sinal em taxas de múltiplos gigabits, reduzindo significativamente a perda de dados e a latência.
Os materiais de PCB da Rogers também possuem estabilidade e características de baixa perda, o que garante a precisão das imagens. Equipamentos médicos avançados, como ressonância magnética (RM), tomógrafos computadorizados (TC) e sistemas de ultrassom de alta frequência, utilizam PCBs da Rogers. Pode-se afirmar que os produtos da Rogers oferecem desempenho incomparável em ambientes que exigem integridade de sinal, estabilidade térmica e confiabilidade a longo prazo.
Como escolher o material certo para a placa de circuito impresso da Rogers?
Está dividido em cinco etapas:
1. O primeiro passo na escolha de uma placa de circuito impresso (PCB) da Rogers é determinar claramente a frequência de operação do circuito. Por exemplo, para aplicações em micro-ondas ou ondas milimétricas (acima de 10 GHz), recomenda-se o uso de materiais com baixa perda dielétrica (Df), como RT/duroid® 5880 ou RO3003.
2. Ao avaliar os materiais da Rogers, tanto o desempenho elétrico quanto o custo de fabricação devem ser levados em consideração. Por exemplo, para projetos de fabricação de PCBs da Rogers que são sensíveis ao custo e ainda exigem alto desempenho em frequência, a série RO4000 seria a melhor escolha.
3. Antes de finalizar a laminação da Rogers, precisamos garantir que ela seja compatível com nosso processo de fabricação de PCBs (como furação, temperatura de laminação, galvanoplastia, etc.). Podemos optar por colaborar com parceiros de fabricação da Rogers experientes, que podem garantir um controle preciso da laminação e uma qualidade estável da placa.
4. Ao selecionar materiais, é importante escolher materiais Rogers com condutividade térmica, coeficiente de expansão térmica (CTE) e temperatura de transição vítrea (Tg) adequados. Isso pode evitar deformações e manter um desempenho estável.
5. Antes de finalizar a seleção, é essencial consultar a ficha técnica oficial do material para PCB da Rogers. Compare parâmetros como Dk, Df, CTE, condutividade térmica e taxa de absorção de umidade, e verifique se atendem aos requisitos do projeto.
Seguindo esses passos, podemos selecionar o material de PCB Rogers apropriado.
Conclusão
Os materiais da Rogers apresentam perdas dielétricas extremamente baixas, um valor Dk estável e alta estabilidade térmica. Este material é um componente essencial e indispensável na fabricação de placas de circuito impresso de alta frequência.
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