Rogers-printplaatmateriaal

Rogers-materialen zijn uitgegroeid tot een van de meest gebruikte laminaatfamilies in toepassingen op het gebied van RF, microgolven, lucht- en ruimtevaart en hoogfrequente communicatie. Hoewel FR4 nog steeds de meest gangbare keuze is voor algemene elektronica, vereisen veel ontwerpen die op hogere frequenties werken een nauwkeurigere regeling van de diëlektrische eigenschappen en een lager signaalverlies dan conventionele materialen op epoxybasis kunnen bieden.

Voor ingenieurs die werken met antennes, RF-versterkers, radarsystemen, satellietcommunicatie of geavanceerde netwerkapparatuur, behoren de materialen van Rogers vaak tot de eerste opties die in overweging worden genomen bij de ontwikkeling van de laagopbouw.

Wat is het PCB-materiaal van Rogers?

Rogers is een reeks hoogwaardige laminaatmaterialen die speciaal zijn ontwikkeld voor toepassingen waarbij de elektrische prestaties van cruciaal belang zijn.

In tegenstelling tot standaard FR4, waarbij voornamelijk gebruik wordt gemaakt van epoxyharssystemen, zijn Rogers-materialen samengesteld op basis van geavanceerde diëlektrische systemen op basis van koolwaterstofkeramiek of PTFE, die zijn ontworpen om het volgende te bieden:

• Lager diëlektrisch verlies
• Stabielere diëlektrische constante
• Verbeterde prestaties bij hoge frequenties
• Betere impedantieconsistentie

Door deze eigenschappen zijn de laminaten van Rogers bijzonder geschikt voor RF- en microgolfcircuits.

Zoals besproken in Materiaalkeuze voor hoogfrequente printplaten, de diëlektrische eigenschappen worden steeds belangrijker naarmate de werkfrequenties stijgen.

Waarom ingenieurs voor Rogers Materials kiezen

Het belangrijkste voordeel van Rogers-materialen is hun elektrische stabiliteit.

In hoogfrequente schakelingen kunnen kleine variaties in de diëlektrische eigenschappen direct invloed hebben op:

• Signaalintegriteit
• Invoegverlies
• Fasestabiliteit
• Antenneprestaties
• Filterkenmerken

In vergelijking met conventioneel FR4 bieden Rogers-materialen een aanzienlijk lagere signaalverzwakking en een beter voorspelbaar elektrisch gedrag.

Dit is met name van belang bij toepassingen waarbij de prestatie-eisen weinig ruimte laten voor afwijkingen.

Veelvoorkomende materiaalgroepen van Rogers

In de loop der jaren heeft Rogers verschillende laminaatseries op de markt gebracht die zijn afgestemd op uiteenlopende toepassingen.

Rogers 4350B

Rogers 4350B is een van de meest gebruikte RF-materialen bij de productie van printplaten.

Typische kenmerken zijn onder meer:

• Dk ≈ 3,48
• Df ≈ 0,0037
• Goede maatvastheid
• Uitstekende procescompatibiliteit

Toepassingen zijn onder andere:

• RF-modules
• Basisstations
• Vermogensversterkers
• Antennesystemen

Omdat Rogers 4350B met vergelijkbare fabricagemethoden als FR4 kan worden verwerkt, blijft het populair bij printplaatfabrikanten.

Een uitgebreid vergelijkingsartikel over Rogers 4350B versus Rogers 4003C zal deze verschillen nader onderzoeken.

Rogers 4003C

Rogers 4003C is een ander veelgebruikt koolwaterstof-keramisch laminaat.

De voordelen zijn onder andere:

• Laag diëlektrisch verlies
• Stabiele diëlektrische constante
• Concurrerende materiaalkosten
• Betrouwbare productieprestaties

Het wordt vaak gebruikt in commerciële RF-producten en communicatiesystemen.

Rogers 5880

De Rogers 5880 is gebaseerd op PTFE-technologie en kenmerkt zich door een uiterst laag diëlektrisch verlies.

Typische toepassingen zijn onder andere:

• Lucht- en ruimtevaartsystemen
• Militaire elektronica
• Satellietcommunicatie
• Geavanceerde radarplatforms

Van de Rogers-materialen wordt 5880 vaak gekozen wanneer het maximaliseren van de RF-prestaties het belangrijkste doel is.

Rogers versus FR4

Een van de meest gestelde vragen op technisch gebied is of Rogers-materiaal echt nodig is.

Het antwoord hangt af van de vereisten van de toepassing.

Voor algemene elektronica blijft FR4 een praktische en voordelige keuze.

Lezers die niet bekend zijn met de basisbeginselen van FR4 kunnen terecht bij Uitleg over FR4-printplaatmateriaal.

Wanneer signaalverlies of impedantieconsistentie echter een cruciale rol gaan spelen, bieden de materialen van Rogers vaak meetbare voordelen.

Rogers-materialen en Dk/Df-prestaties

Een van de redenen waarom materialen van Rogers op grote schaal worden gebruikt in RF-systemen, is hun elektrische prestatie.

In vergelijking met de gebruikelijke FR4-waarden:

Zoals uitgelegd in Dk- en Df-waarden in PCB-materialen, lagere Df-waarden zorgen voor een directe vermindering van het invoegverlies en verbeteren de signaaloverdracht.

Dit verschil wordt bij microgolf-frequenties steeds duidelijker.

Toepassingen van Rogers-printplaatmaterialen

Draadloze infrastructuur

Rogers-laminaten worden op grote schaal gebruikt in:

• Mobiele basisstations
• Backhaul-systemen voor microgolven
• Apparatuur voor draadloze netwerken

Antennecircuits

Stabiele diëlektrische eigenschappen dragen bij aan een betere efficiëntie en consistentie van de antenne.

Toepassingen zijn onder andere:

• 5G-antennes
• GNSS-modules
• Producten voor draadloze communicatie

Radarsystemen

Materialen met een lage signaalverlies helpen de signaalkwaliteit te behouden in radartoepassingen waarbij de prestaties sterk afhankelijk zijn van het diëlektrische gedrag.

Ruimtevaartelektronica

Producten voor de lucht- en ruimtevaart en defensie maken vaak gebruik van Rogers-materialen voor:

• Satellietladingen
• Navigatiesystemeneigen kwaliteiteindproductassemblage
• Communicatieapparatuur

Test- en meetapparatuur

Voor nauwkeurige RF-tests zijn vaak laminaten nodig met zeer voorspelbare elektrische eigenschappen.

Rogers en hybride opbouw

Niet voor elk project hoeft een volledige printplaat van Rogers-materiaal te worden vervaardigd.

In veel ontwerpen wordt gebruikgemaakt van hybride constructies waarin het volgende wordt gecombineerd:

• Rogers laminaat
• FR4-kernen
• Standaard prepregs

Deze aanpak biedt verschillende voordelen:

• Lagere materiaalkosten
• Eenvoudigere fabricage
• Verbeterde algemene rendabiliteit

Hybride opbouw wordt vaak toegepast in RF-producten waarbij alleen voor bepaalde signaallagen hoogwaardige materialen nodig zijn.

Overwegingen met betrekking tot de productie

Hoewel Rogers-materialen vaak met behulp van conventionele PCB-processen kunnen worden verwerkt, zijn er belangrijke verschillen ten opzichte van FR4.

Factoren die aandacht verdienen, zijn onder meer:

Materiaalbehandeling

Bepaalde Rogers-laminaten zijn zachter dan FR4 en moeten tijdens de verwerking zorgvuldig worden behandeld.

Lamineerprofielen

Voor verschillende harssystemen kunnen aangepaste lamineerparameters nodig zijn.

Boorprestaties

Afhankelijk van de laminaatsoort kan het nodig zijn de gereedschapskeuze en de boorparameters aan te passen.

Stackup-ontwerp

De juiste materiaalkeuze moet worden afgestemd op de constructie van de kern en het prepreg.

Ingenieurs die zich bezighouden met meerlaagsontwerp kunnen er baat bij hebben om het volgende door te nemen PCB-kern- en prepreg-materialen bij het ontwerpen van hybride opbouwconstructies.

Is Rogers altijd de beste keuze?

Niet per se.

Veel moderne digitale hogesnelheidssystemen maken gebruik van materialen met een lage signaalverlies die voldoende prestaties leveren zonder dat er RF-laminaten nodig zijn.

Toepassingen zoals:

• AI-servers
• Switches voor datacenters
• Netwerkapparatuur voor bedrijven

maken vaak gebruik van geavanceerde materialen met een lage verliesfactor in plaats van traditionele Rogers-producten.

Zoals besproken in Uitleg over PCB-materialen met lage signaalverliezen, de materiaalkeuze moet worden gebaseerd op de daadwerkelijke elektrische vereisten, in plaats van simpelweg te kiezen voor de optie met de hoogste prestaties die beschikbaar is.

FAQ