Материалы Rogers PCB широко известны своей превосходной производительностью в высокочастотных и высокоскоростных цифровых приложениях. Независимо от того, проектируете ли вы микроволновую антенную решетку или разрабатываете модули связи для сетей следующего поколения, выбор подложки напрямую влияет на целостность сигнала и надежность устройства. Когда ваш проект требует низких потерь сигнала, точного управления импедансом и превосходной термостойкости, ламинаты Rogers приходят туда, где традиционные материалы FR4 просто не могут обеспечить.
В этом руководстве рассматриваются основы печатных плат Rogers, почему двухслойные конфигурации являются разумным выбором для многих проектов в области ВЧ и СВЧ, а также как выбрать правильный ламинат для достижения оптимальных электрических характеристик.
Что такое материал печатной платы Rogers?
В отличие от стандартного FR4, который основан на тканом стекловолокне и эпоксидной смоле, материалы Rogers основаны на специализированных углеводородных керамических или ПТФЭ композитах. Эти передовые формулы разработаны для превосходных электрических характеристик, особенно в сложных высокочастотных средах. Используемые наполнители — керамика или другие материалы с низкими потерями — значительно улучшают диэлектрическую стабильность и теплопроводность.
Постоянство диэлектрической проницаемости (Dk) на частотах и температурах делает материалы Rogers идеальными для схем, работающих на скоростях уровня ГГц. Такие широко используемые продукты, как RO4350B и RO4003, разработаны корпорацией Rogers, чьи материалы стали золотым стандартом в разработке ВЧ и СВЧ печатных плат.
Более того, подложки Rogers обеспечивают предсказуемое механическое поведение. Это включает в себя превосходную размерную стабильность, низкий коэффициент теплового расширения (КТР) и повышенную прочность на отрыв. Эти свойства помогают смягчить коробление, расслоение и смещение слоев как во время производства, так и при длительной эксплуатации.
Для инженеров, работающих в аэрокосмической, военной или телекоммуникационной отраслях, где отказ печатной платы может означать отказ системы, платы Rogers обеспечивают необходимый уровень надежности.
Печатная плата Rogers против печатной платы FR4
На первый взгляд, FR4 кажется выбором, подходящим для большинства проектов печатных плат, благодаря своей доступности и доступности. Однако разрыв в производительности между FR4 и Rogers становится очевидным, когда частота сигнала превышает несколько сотен МГц.
Материалы FR4 обычно имеют диэлектрическую постоянную около 4.5, но это значение имеет тенденцию к дрейфу на более высоких частотах, что приводит к непоследовательному контролю импеданса. Тангенс угла потерь (Df) для FR4 также значительно выше — часто превышает 0.02 — что приводит к существенному затуханию сигнала в диапазонах ГГц.
Напротив, материалы Rogers поддерживают стабильный Dk (около 3.48–3.55) в широком спектре частот и предлагают Df всего лишь 0.0027, в зависимости от ламината. Это означает минимизацию потерь сигнала, улучшенную фазовую стабильность и лучшую обработку мощности в линиях передачи и РЧ-фильтрах.
| Особенность | Роджерс печатная плата | FR4 PCB |
|---|
| Диэлектрическая постоянная (Dk) | Стабильный (3.48–3.55 по всем частотам) | Переменная (около 4.2–4.8, меняется с частотой) |
| Тангенс потерь (Df) | Низкий (~0.0027–0.0037) | Высокий (~0.02) |
| Целостность сигнала на ГГц | Прекрасно | Плохо (высокое затухание) |
| Теплопроводность | Хорошо (0.62–0.77 Вт/м·К) | Ниже (~0.3 Вт/м·К) |
| Цена | Высший | Опустите |
| Приложения | ВЧ, СВЧ, высокоскоростной цифровой | Универсальный, низкоскоростной цифровой |
Кроме того, тепловые ограничения FR4 становятся помехой в мощных радиочастотных схемах. Ламинаты Rogers с их превосходной теплопроводностью и высокой температурой стеклования (Tg) более эффективно управляют рассеиванием тепла, снижая риск теплового разгона или деградации подложки.
В системах, где важны точность синхронизации, низкий уровень джиттера и высокоскоростная передача данных, например, в модулях 5G, спутниковых трансиверах и радиолокационных системах, Rogers обеспечивает стабильную производительность, тогда как FR4 становится узким местом.
Зачем использовать двухслойную печатную плату Rogers?
Хотя многослойные печатные платы часто используются для сложных цифровых систем, многие радиочастотные и аналоговые конструкции выигрывают от простоты и предсказуемости двухслойной платы, особенно при реализации с использованием материалов Rogers.
типичный 2-слойная печатная плата Rogers включает сигнальный слой и непрерывную заземляющую плоскость. Эта структура поддерживает точный контроль импеданса, минимизирует паразитную индуктивность и снижает риск перекрестных помех сигнала или излучаемых излучений. Устраняя ненужные переходы слоев, сигнальный путь остается чистым и эффективным, что имеет решающее значение для поддержания целостности формы сигнала.
Также улучшается технологичность. При меньшем количестве слоев для ламинирования, сверления и нанесения покрытия риск производственных дефектов, таких как расслоение, сквозные трещины или пустоты в смоле, значительно снижается. Дизайнеры также получают гибкость в прототипировании, поскольку двухслойные платы производятся быстрее и экономичнее.
Другое часто упускаемое из виду преимущество — это тепловое моделирование. Поскольку теплопроводность и тепловой поток легче моделировать в более простых структурах, стратегии управления температурой, такие как радиаторы, медные заливки и тепловые переходы, можно проектировать с большей уверенностью.
Двухслойные печатные платы Rogers — это идеальный выбор для разработчиков радиочастотных устройств, которым нужна высокая производительность без усложнения и затрат, связанных с многослойными конструкциями.
Типы предлагаемых 2-слойных печатных плат Rogers
Несколько типов 2-слойных плат Rogers доступны через специализированных производителей, разработанных для поддержки высокочастотных и коммуникационно-интенсивных проектов. Каждая модель имеет отличительные характеристики, которые делают ее подходящей для определенных целей дизайна.
2L Rogers 4350B печатная плата
Это надежное решение для радиочастотных цепей, требующих низких потерь и надежных высокочастотных характеристик. Ламинат RO4350B поддерживает широкий спектр конструкций, включая усилители мощности, трассы с контролируемым импедансом и микроволновые фильтры. Его механическая стабильность также делает его совместимым со стандартными процессами изготовления FR4.
Двухслойная печатная плата RO2 для устройств связи
RO4003 оптимизирован для крупносерийного производства, где стоимость и электрическая производительность должны сосуществовать. Это отличный кандидат для мобильной инфраструктуры, GPS-устройств и устройств WLAN. Хотя он предлагает немного более высокий Dk, чем 4350B, он сохраняет низкую потерю сигнала и превосходную термическую надежность.
Двухслойная печатная плата Rogers с толщиной готовой меди 2 унция
Эта конфигурация обеспечивает улучшенную обработку тока для конструкций, которые объединяют аналоговые РЧ и цифровые схемы. Более толстая медь также улучшает тепловое рассеивание, что особенно ценно в преобразователях мощности и РЧ-передатчиках.
Печатные платы Rogers обычно изготавливаются с жесткими допусками и оптимизированными условиями обработки для сохранения присущих материалу преимуществ.
Свойства популярных материалов Rogers (4350B против RO4003)
При сравнении RO4350B и RO4003 тонкие различия в их электрических и тепловых характеристиках становятся важными переменными конструкции. Ниже приведено параллельное разбиение:
| Объект | Роджерс 4350B | Роджерс RO4003 |
|---|
| Диэлектрическая постоянная (Dk) | 3.48 @ 10GHz | 3.55 @ 10GHz |
| Коэффициент рассеяния (Df) | 0.0037 | 0.0027 |
| Теплопроводность | 0.62 Вт / м · К | 0.77 Вт / м · К |
| Температура стеклования (Tg) | > 280 ° С | > 280 ° С |
| Объемное сопротивление | 1.7 × 10⁷ МОм·см | 1.0 × 10⁸ МОм·см |
| КТР (ось Z) | 32 ppm / ° C | 46 ppm / ° C |
Более высокая теплопроводность RO4003 делает его идеальным для плотных плат с плотно упакованными компонентами, в то время как превосходная размерная стабильность RO4350B предпочтительна в многоплатных сборках и механически сложных средах.
Типичные области применения двухслойной печатной платы Rogers
Двухслойные печатные платы на основе Rogers используются в различных радиочастотных и высокочастотных системах, где потери и нестабильность недопустимы. Распространенные области применения включают:
Модули беспроводной связи – интерфейсы LTE, 5G и WLAN
GPS-приемники – Фазостабильные субстраты улучшают прием сигнала
Усилители мощности – Поддержание согласованного сопротивления при высоких тепловых нагрузках
Антенные решетки и согласующие сети – Постоянные диэлектрические характеристики имеют решающее значение
Радиолокационные системы – Низкие потери обеспечивают точную передачу и прием сигнала.
Устройства Интернета вещей и датчиков — эффективные пути прохождения сигнала для компактных высокочастотных конструкций
Автомобильные радары и информационно-развлекательные системы – прочные и термостойкие платформы для систем связи в автомобиле
Разработчики также используют двухслойные платы Rogers в аэрокосмических приложениях, таких как телеметрия, навигация полётов и блоки управления спутниками.
Соображения при проектировании с использованием Rogers PCB
Даже с высококачественными материалами производительность зависит от хорошей компоновки и дизайна штабеля. Ниже приведены критические факторы, которые следует иметь в виду:
Сопротивление импеданса
Ширина дорожки, толщина меди, диэлектрическое расстояние и обратные пути должны быть тщательно рассчитаны. Последовательный Dk Роджерса делает эти расчеты более надежными, чем FR4.
Чистота поверхности
ENIG остается лучшим выбором из-за его планарности и коррозионной стойкости. Однако иммерсионное серебро и OSP являются жизнеспособными альтернативами в зависимости от ограничений по стоимости и профилей пайки.
Вес меди и тепловой расчет
Выбирайте между 0.5 унции, 1 унцией или даже 2 унциями меди в зависимости от уровня мощности. Дополните тяжелую медь тепловыми переходами и заливками для эффективного управления теплом.
Дизайн для технологичности (DFM)
Всегда согласовывайте с производителем печатной платы минимальные размеры отверстий, допуски паяльной маски и совместимость слоев. Производители обычно предоставляют рекомендации DFM для плат Rogers, чтобы обеспечить оптимальный выход продукции.
Заключение
Для инженеров, ищущих бескомпромиссную точность сигнала и термическую надежность в высокочастотных системах, двухслойные печатные платы Rogers предлагают надежное и эффективное решение. VictoryPCB поставляет эти передовые платы с использованием RO2B, RO4350 и специально подобранной толщины меди, чтобы соответствовать вашим конкретным потребностям в области радиочастотных и микроволновых приложений. Подкрепленные техническим опытом и прецизионным производством, их печатные платы Rogers разработаны для того, чтобы гарантировать, что ваши проекты будут работать именно так, как задумано, каждый раз.
Свяжитесь с нами по адресу sales@victorypcb.com или посетите https://www.victorypcb.com/
