В настоящее время высокочастотные материалы для печатных плат всё чаще используются в высокотехнологичных электронных продуктах. Спрос на них огромен. Сегодня мы познакомимся с одним из видов высокочастотных материалов для печатных плат — материалом Rogers PCB. Этот материал отличается от традиционного медного фольгированного ламината FR-4. Мы более подробно сравним эти два материала в этой статье. Итак, без лишних слов, перейдём сразу к делу!
Что такое материал печатной платы Rogers?
Прежде чем дать определение материалам Rogers для печатных плат, необходимо разобраться, что такое «Rogers». Название Rogers произошло от компании Rogers Corporation, специализирующейся на производстве подложек для высокочастотных печатных плат. В связи со значительным влиянием, которое плат этой компании оказала на отрасль, название «Rogers» используется как общее название для высокочастотных плат или высокочастотных материалов. Со временем это название стало синонимом высокочастотных плат.
Так называемые материалы Rogers PCB на самом деле представляют собой медные платы, производимые корпорацией Rogers. Этот материал значительно превосходит традиционный материал FR-4 по электрическим и механическим характеристикам. Далее мы рассмотрим основные характеристики этого материала.
Основные характеристики материала печатной платы Rogers
1. Низкая диэлектрическая проницаемость (Dk)
Одной из характеристик материала Rogers PCB является его регулируемая диэлектрическая проницаемость. Диапазон значений диэлектрической проницаемости составляет от 2.2 до 10. Такая гибкость позволяет инженерам точно проектировать систему управления импедансом на различных частотах ВЧ и СВЧ. Например, материалы Rogers 4003 и Rogers 4350 широко используются, поскольку обеспечивают стабильные значения диэлектрической проницаемости (Dk) при сохранении экономической эффективности.
2. Низкий коэффициент диэлектрических потерь (Df)
Коэффициент диэлектрических потерь медного ламината Rogers чрезвычайно низок, что объясняет его широкую известность. Низкий коэффициент диэлектрических потерь позволяет минимизировать потери сигнала. Это критически важно для сохранения целостности сигнала в высокочастотных печатных платах.
3. Термическая стабильность
Материалы Rogers PCB обладают превосходной термостабильностью. Они сохраняют стабильные электрические характеристики и диэлектрическую проницаемость (Dk) в диапазоне температур от -55°C до -55°C.°С до + 280°C. Это означает, что он может сохранять высокую надежность схемы даже при работе в экстремально холодных высокогорных условиях или в условиях высокой температуры.
Кроме того, температура стеклования (Tg) и температура разложения (Td) материала Rogers PCB значительно выше, чем у обычного FR-4 (если у вас есть технический паспорт материала Rogers PCB, вы можете с ним ознакомиться). Это говорит о том, что материал Rogers способен избежать повреждений средней тяжести, вызванных перегревом в мощных радиочастотных схемах и конструкциях с высокой плотностью межсоединений.
4. Надежные механические свойства
Механические свойства материала Rogers также выдающиеся. Его коэффициент теплового расширения (КТР) близок к коэффициенту теплового расширения меди. Благодаря стабильному КТР, материал Rogers PCB может значительно снизить риск расслоения, коробления и растрескивания паяного соединения между подложкой и медью из-за разницы в коэффициентах расширения.
Эта характеристика очень важна для повышения долговременной надёжности печатной платы. Кроме того, материал Rogers PCB обладает превосходной размерной стабильностью. Он сохраняет постоянную толщину и структуру при сверлении, травлении и ламинировании.
Основные свойства материала печатной платы Rogers (по сравнению с FR4)
Сравнив материал Rogers PCB с наиболее распространённым в отрасли материалом FR4, можно наглядно продемонстрировать выдающиеся характеристики материала Rogers. Как показано в таблице ниже,
|
Свойство/Параметр
|
Роджерс П.Материал КБ
|
Материал печатной платы FR-4
|
|
Диэлектрическая постоянная (Dk)
|
Регулируемый 2.2 – 10 (широкий диапазон, точная регулировка импеданса). Различные серии, например, Rogers 4003 (Dk≈3.55) и Rogers 4350 (Dk≈3.66) поддерживают различные конструкции ВЧ и СВЧ.
|
Исправлено около 4.2 – 4.8, очень ограниченные возможности.
|
|
Коэффициент рассеяния (Df)
|
Сверхнизкий (обычно 0.001 – 0.004 при 10 ГГц). Обеспечивает минимальные потери сигнала, идеально подходит для высокочастотных материалов печатных плат.
|
Выше (~0.02 на частоте 10 ГГц). Вызывает значительную потерю сигнала на высокой скорости/частоте.
|
|
Термическая стабильность (Tg / Td)
|
Высокая Тg > 280 °С, Тд до 390–425 °C в зависимости от серии. Стабильные диэлектрические свойства от –55 °С до + 280 °C, подходит для аэрокосмической отрасли, радиолокации и сетей 5G.
|
Умеренная Tg (~140–170 °C). Электрические свойства ухудшаются при высокой мощности/температуре.
|
|
КТР (коэффициент теплового расширения)
|
Близко к меди (~10–14 частей на миллион/°C-in-plane). Уменьшает расслоение и напряжение в многослойных печатных платах.
|
Несоответствие с медью. Более высокий КТР по оси Z увеличивает риск коробления, растрескивания и расслоения.
|
|
Теплопроводность
|
~1600–0.71 Вт / м·K (лучшее распределение тепла, чем у FR-4).
|
~1600–0.4 Вт / м·K (худшее терморегулирование).
|
|
Поглощение влаги
|
Очень низкий (~0.02–0.06%). Стабильные радиочастотные характеристики во влажной среде.
|
Выше (~0.10%+). Свойства изменяются под воздействием влаги, что приводит к расстройке радиочастотных цепей.
|
|
Стабильность размеров
|
Отлично. Сохраняет толщину/структуру при сверлении, травлении и ламинировании.
|
Меньшая стабильность. Подверженность технологическим нагрузкам, сложнее поддерживать точность в высокочастотных конструкциях.
|
|
Технологичность
|
Серия RO4000 (например, 4003, 4350) совместима с процессами FR-4 → Экономически выгодно. Высококлассные серии (RT/duroid, TMM) требуют специальной обработки, но обеспечивают непревзойденную производительность.
|
Полностью совместим со стандартными процессами изготовления печатных плат, но подходит только для низкочастотной и среднечастотной бытовой/промышленной электроники.
|
Типы материалов печатных плат Rogers
Материалы Rogers для печатных плат — это не отдельный продукт, а широкая линейка ламинатов Rogers с медным покрытием. Разнообразие серий материалов Rogers для печатных плат, предлагаемых корпорацией Rogers, позволяет разработчикам выбрать наиболее подходящий вариант в соответствии со своими требованиями. Далее мы рассмотрим несколько наиболее распространённых серий:
Серия RO3000
Серия RO3000 специально разработана для высокочастотных СВЧ-схем и антенн. Она отличается стабильной диэлектрической проницаемостью (Dk). ≈ 3.0 – 6.15), чрезвычайно низкий коэффициент диэлектрических потерь (Df ~ 0.0013 – 0.003) и исключительную термостойкость. Даже на чрезвычайно высоких частотах этот материал способен сохранять стабильные радиочастотные характеристики.
Серия RO4000
Серия RO4000 — одна из самых популярных серий ламинированных медью панелей Rogers, и она является предпочтительным решением для многих Rogers.s Сборка печатных плат. Обеспечивает высокую экономическую эффективность и совместимость с технологическим процессом FR-4. В этой серии наиболее распространены два типа: Rogers 4003 и Rogers 4350.
Роджерс 4003 (RO4003C): Dk ~3.55, Df ~0.0027 (на частоте 10 ГГц), что обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне частот.
Роджерс 4350 (RO4350B): Dk ~3.66, Df ~0.0031, серия специально оптимизирована для сборки многослойных печатных плат.
Серия RT/duroid
Серия RT/duroid представляет собой высококлассную продукцию Rogers, специально разработанную для самых требовательных применений. Эта серия основана на композитном материале ПТФЭ и отличается чрезвычайно низким значением Df (<0.001), превосходной размерной стабильностью и крайне низким уровнем водопоглощения (~0.02%). Изделия этой серии обладают первоклассными радиочастотными характеристиками и отлично подходят для использования на сверхвысоких частотах и в аэрокосмической отрасли.
Серия ТММ
Полное название ТММ: tгермосет mмикроволновая печь mМатериалы. Эта серия объединяет производительность и удобство обработки. Диапазон его Dk обычно составляет от 3.27 до 13.0, при низком значении Df и высокой механической прочности. В сочетании с керамическими свойствами и термореактивным процессом он не только обеспечивает высокие радиочастотные характеристики, но и более прост в обработке, чем ламинаты на основе ПТФЭ с медным покрытием.
Помимо четырех серий, упомянутых выше, компания Rogers PCB materials также выпускает несколько других серий. В следующей таблице приведены основные серии материалов печатных плат Rogers, включая их диэлектрическую проницаемость (Dk), коэффициент рассеяния (Df) и основные эксплуатационные характеристики.
|
Серия Роджерса / Продукт
|
Диэлектрик Спостоянный
(Min)
|
Коэффициент затухания
(Дф)
|
Ключевые особенности
|
|
Серия RO3000
|
3.0 – 6.15
|
0.0013 – 0.003
|
Высокая стабильность, низкие потери, широкий выбор Dk
|
|
Серия RO4000 (RO4003C, RO4350B)
|
3.38 – 3.66
|
0.0027 – 0.0031
|
Экономически эффективные, совместимые с FR-4 процессы
|
|
Серия RT/duroid
|
2.2 – 10.2
|
– 0.002
|
На основе ПТФЭ, чрезвычайно низкие потери, очень низкое влагопоглощение
|
|
Серия ТММ
|
3.27 – 13.0
|
0.002 – 0.0025
|
Термореактивный материал с керамическим наполнителем, более легкая обработка, высокая механическая прочность
|
|
Серия RO2000
|
~1600
|
~1600
|
Очень низкие потери, отличная термическая стабильность
|
|
Серия CLTE-XT
|
2.94 – 3.0
|
0.001 – 0.002
|
Сверхнизкий КТР, расширение, соответствующее меди
|
|
Серия AD/AD
|
2.5 – 10.2
|
0.001 – 0.003
|
Ламинаты ПТФЭ/стекла с низкими потерями, отличная консистенция
|
|
Серия RO4700
|
~1600
|
0.0026
|
Улучшенные тепловые характеристики, без галогенов
|
|
Серия CLTE-MW
|
~1600
|
0.0015
|
Оптимизирован для использования в микроволновой печи, стабилен в широком диапазоне температур
|
Применение материалов для печатных плат Rogers
Благодаря уникальным свойствам материала Rogers PCB, ламинаты с медным покрытием Rogers стали незаменимым ядром во многих современных электронных системах.
В области антенн базовых станций 5G и радиочастотных схем материалы Rogers PCB широко используются в антенных решетках, радиочастотных входных модулях и фильтрующих схемах. Сети 5G должны обеспечивать сверхвысокую скорость передачи данных и низкую задержку на высоких частотах, при этом контроль потерь сигнала крайне строгий. Низкий коэффициент диэлектрических потерь материалов Rogers обеспечивает минимальное затухание сигнала. Более того, инженеры могут проектировать компактные и эффективные антенные конструкции, используя точные значения диэлектрической проницаемости.
В области спутниковой связи и аэрокосмических радаров материалы Rogers для печатных плат также играют важную роль. Ламинаты Rogers с медным покрытием (например, серии RT/duroid) обладают чрезвычайно низкой гигроскопичностью и превосходной термостойкостью, что обеспечивает длительную стабильную работу в орбитальных или высокогорных условиях. Например, использование материалов Rogers для печатных плат в спутниковом и радиолокационном оборудовании обеспечивает надежную связь на больших расстояниях и высокоточное детектирование сигналов в гигагерцевом и миллиметровом диапазонах волн.
Современные автомобили используют радарные модули 24 ГГц и 77 ГГц в современных системах помощи водителю (ADAS) для реализации функций адаптивного круиз-контроля, предупреждения о столкновении и автономного вождения. Высокочастотные требования автомобильных радаров требуют использования подложек с низкими потерями сигнала и высокой размерной стабильностью. Используя материалы Rogers PCB, автопроизводители могут гарантировать точность и надежность радарных датчиков в условиях высоких температур, вибрации и влажности.
Материалы Rogers также широко используются при сборке печатных плат высокоскоростных маршрутизаторов и сетевого оборудования. Они обеспечивают целостность сигнала на многогигабитных скоростях, значительно сокращая потери данных и задержки.
Материалы печатных плат Rogers также обладают стабильностью и низкими потерями, что обеспечивает точность изображений. Печатные платы Rogers используются в современном медицинском оборудовании, таком как магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютерная томография (КТ) и высокочастотные ультразвуковые системы. Можно сказать, что продукция Rogers обеспечивает непревзойденную производительность в условиях, требующих целостности сигнала, термостабильности и долговременной надежности.
Как выбрать правильный материал печатной платы Rogers?
Он разделен на пять этапов:
1. Первым шагом при выборе печатной платы Rogers является чёткое определение рабочей частоты схемы. Например, для СВЧ- или миллиметровых длин волн (выше 10 ГГц) рекомендуется использовать материалы с низкими диэлектрическими потерями (Df), такие как RT/duroid® 5880 или RO3003.
2. При выборе материалов Rogers следует учитывать как электрические характеристики, так и стоимость производства. Например, для проектов по производству печатных плат Rogers, которые имеют ограниченные финансовые затраты и при этом требуют высокой частоты, серия RO4000 станет оптимальным выбором.
3. Прежде чем завершить разработку ламината Rogers, нам необходимо убедиться в его совместимости с нашим процессом производства печатных плат (например, с процессом сверления, температурой ламинирования, гальваническим покрытием и т. д.). Мы можем сотрудничать с опытными производственными партнёрами Rogers, которые обеспечат точный контроль ламинирования и стабильное качество плат.
4. При выборе материалов важно выбирать материалы Rogers с подходящей теплопроводностью, коэффициентом теплового расширения (КТР) и температурой стеклования (Tg). Это поможет предотвратить деформацию и обеспечить стабильные эксплуатационные характеристики.
5. Прежде чем сделать окончательный выбор, обязательно ознакомьтесь с официальным техническим описанием материалов печатных плат Rogers. Сравните такие параметры, как Dk, Df, КТР, теплопроводность и скорость влагопоглощения, и сопоставьте их с требованиями проекта.
Выполнив эти шаги, мы сможем выбрать подходящий материал печатной платы Rogers.
Заключение
Материалы Rogers обладают чрезвычайно низкими диэлектрическими потерями, стабильным значением Dk и высокой термостойкостью. Этот материал является незаменимым компонентом в нашем современном производстве высокочастотных печатных плат.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
