Rogers-material har blivit en av de mest använda laminatserierna inom RF-, mikrovågs-, rymd- och högfrekvent kommunikationsteknik. Även om FR4 fortfarande är det dominerande valet för allmän elektronik, kräver många konstruktioner som arbetar vid högre frekvenser en noggrannare kontroll av de dielektriska egenskaperna och lägre signalförluster än vad konventionella epoxibaserade material kan erbjuda.
För ingenjörer som arbetar med antenner, RF-förstärkare, radarsystem, satellitkommunikation eller avancerad nätverkshårdvara är Rogers-material ofta bland de första alternativen som övervägs vid utvecklingen av materialuppbyggnaden.
Innehållsförteckning
Vad är Rogers PCB-material?
Rogers är en serie högpresterande laminatmaterial som har utvecklats särskilt för tillämpningar där de elektriska egenskaperna är av avgörande betydelse.
Till skillnad från vanlig FR4, där man främst använder epoxihartssystem, är Rogers-materialen framställda med hjälp av avancerade dielektriska system baserade på kolvätekeraamik eller PTFE, vilka är utformade för att ge:
- Lägre dielektrisk förlust
- Mer stabil dielektricitetskonstant
- Förbättrad högfrekvensprestanda
- Bättre impedanskonsistens
Dessa egenskaper gör Rogers-laminat särskilt lämpliga för RF- och mikrovågskretsar.
Som diskuterats i Val av material för högfrekventa kretskort, blir de dielektriska egenskaperna allt viktigare ju högre driftsfrekvenserna blir.
Varför ingenjörer väljer Rogers Materials
Den främsta fördelen med Rogers-material är deras elektriska stabilitet.
I högfrekventa kretsar kan små variationer i de dielektriska egenskaperna direkt påverka:
- Signalintegritet
- Insprängningsförlust
- Fasstabilitet
- Antennens prestanda
- Filteregenskaper
Jämfört med konventionellt FR4-material erbjuder Rogers-material avsevärt lägre signaldämpning och mer förutsägbara elektriska egenskaper.
Detta blir särskilt viktigt i tillämpningar där prestandakraven lämnar lite utrymme för variation.
Vanliga materialgrupper hos Rogers
Under årens lopp har Rogers lanserat flera serier av laminat avsedda för olika användningsområden.
Rogers 4350B
Rogers 4350B är ett av de vanligaste RF-materialen inom tillverkningen av kretskort.
Typiska egenskaper är bland annat:
- Dk ≈ 3,48
- Df ≈ 0,0037
- God dimensionsstabilitet
- Utmärkt processkompatibilitet
Applikationerna inkluderar:
- RF-moduler
- Basstationer
- Effektförstärkare
- Antennsystem
Eftersom Rogers 4350B kan bearbetas med tillverkningsmetoder som liknar dem som används för FR4 är materialet fortfarande populärt bland tillverkare av kretskort.
En särskild jämförelseartikel som behandlar Rogers 4350B jämfört med Rogers 4003C kommer att undersöka dessa skillnader mer ingående.
Rogers 4003C
Rogers 4003C är ett annat laminat av kolvätekeramik som används i stor utsträckning.
Fördelarna inkluderar:
- Låg dielektrisk förlust
- Stabil dielektricitetskonstant
- Konkurrenskraftiga materialkostnader
- Pålitlig tillverkningskapacitet
Den används ofta i kommersiella RF-produkter och kommunikationssystem.
Rogers 5880
Rogers 5880 bygger på PTFE-teknik och har extremt låg dielektrisk förlust.
Typiska tillämpningar inkluderar:
- Flyg- och rymdsystem
- Militär elektronik
- Satellitkommunikation
- Avancerade radarplattformar
Bland Rogers material väljs ofta 5880 när det främsta målet är att maximera RF-prestandan.
Rogers jämfört med FR4
En av de vanligaste frågorna inom ingenjörsvetenskapen är om Rogers-material verkligen är nödvändigt.
Svaret beror på användningskraven.
| Fastighet | FR4 | Rogers |
|---|---|---|
| Dielektrisk stabilitet | Måttlig | Utmärkt |
| Signalförlust | Högre | Lägre |
| RF-prestanda | Begränsad | Utmärkt |
| Materialkostnad | Lägre | Högre |
| Processens komplexitet | Enkel | Måttlig |
När det gäller allmän elektronik är FR4 fortfarande ett praktiskt och ekonomiskt val.
Läsare som inte är bekanta med grunderna i FR4 kan läsa mer i FR4-kretskortmaterial – en förklaring.
När signalförlusten eller impedansens jämnhet blir avgörande ger Rogers-materialen dock ofta mätbara fördelar.
Rogers-material och Dk/Df-prestanda
En anledning till att Rogers-material används i stor utsträckning i RF-system är deras elektriska prestanda.
Jämfört med typiska FR4-värden:
| Material | Dk | Df |
| Standard FR4 | 4.2-4.8 | 0.015-0.025 |
| FR4 med högt glasövergångstemperatur | 4.1–4.7 | 0,012–0,020 |
| Rogers 4350B | 3.48 | 0.0037 |
| Rogers 4003C | 3.55 | 0.0027 |
Som förklaras i Dk- och Df-värden i PCB-material, lägre Df-värden minskar direkt insättningsförlusten och förbättrar signalöverföringsprestandan.
Denna skillnad blir allt tydligare vid mikrovågsfrekvenser.
Användningsområden för Rogers PCB-material
Trådlös infrastruktur
Rogers-laminat används i stor utsträckning inom:
- Mobilbasstationer
- Backhaul-system för mikrovågsförbindelser
- Utrustning för trådlösa nätverk
Antennkretsar
Stabila dielektriska egenskaper bidrar till att förbättra antennens verkningsgrad och stabilitet.
Applikationerna inkluderar:
- 5G-antenner
- GNSS-moduler
- Produkter för trådlös kommunikation
Radarsystem
Material med låga förluster bidrar till att upprätthålla signalkvaliteten i radartillämpningar där prestandan är mycket känslig för det dielektriska beteendet.
Elektronik för flyg- och rymdindustrin
Produkter inom flyg-, rymd- och försvarsindustrin använder ofta material från Rogers för:
- Satelliternas nyttolaster
- Navigationssystem
- Kommunikationsutrustning
Test- och mätutrustning
Precisionsmätningar inom RF-området kräver ofta laminat med mycket förutsägbara elektriska egenskaper.
Rogers och hybridkonstruktioner
Det är inte alla projekt som kräver att ett helt kretskort tillverkas av Rogers-material.
I många konstruktioner används hybridkonstruktioner som kombinerar:
- Rogers laminat
- FR4-kärnor
- Standardprepreg
Detta tillvägagångssätt erbjuder flera fördelar:
- Lägre materialkostnad
- Enklare tillverkning
- Förbättrad total lönsamhet
Hybridkonstruktioner förekommer ofta i RF-produkter där endast vissa signallager kräver högkvalitativa material.
Tillverkningsaspekter
Även om Rogers-material ofta kan tillverkas med hjälp av konventionella kretskortsprocesser finns det viktiga skillnader jämfört med FR4.
Faktorer som man bör beakta är bland annat:
Materialhantering
Vissa Rogers-laminat är mjukare än FR4 och kräver försiktig hantering under tillverkningen.
Lamineringsprofiler
Olika hartssystem kan kräva anpassade lamineringsparametrar.
Borrprestanda
Valet av verktyg och borrningsförhållandena kan behöva justeras beroende på vilken laminatgrupp det gäller.
Stackup-design
Valet av lämpligt material bör anpassas till konstruktionen av kärnan och prepreg-materialet.
Ingenjörer som arbetar med flerlagersdesign kan ha nytta av att ta del av Kärnmaterial och prepreg-material för kretskort vid planering av hybridkonstruktioner.
Är Rogers alltid det bästa valet?
Inte nödvändigtvis.
Många moderna digitala höghastighetssystem använder material med låga förluster som ger tillräcklig prestanda utan att det krävs RF-laminat.
Applikationer som t.ex:
- AI-servrar
- Switchar för datacenter
- Nätverksutrustning för företag
använder ofta avancerade material med låga förluster istället för traditionella Rogers-produkter.
Som diskuterats i Förklaring av PCB-material med låga förluster, materialvalet bör baseras på de faktiska elektriska kraven snarare än att man enbart väljer det alternativ som har högst prestanda.
VANLIGA FRÅGOR
A: Rogers-material används ofta inom RF, mikrovågs-, rymd-, radar-, antenn- och högfrekvent kommunikationsteknik.
S: När det gäller högfrekvensprestanda erbjuder Rogers i allmänhet lägre förluster och bättre dielektrisk stabilitet. För allmän elektronik är FR4 ofta mer kostnadseffektivt.
A: De avancerade dielektriska systemen och de strängare kraven på den elektriska prestandan bidrar till högre materialkostnader.
A: Ja. Hybridkonstruktioner som kombinerar Rogers och FR4 används ofta för att uppnå en balans mellan prestanda och kostnad.
A: Rogers 4350B är ett av de material som oftast specificeras tack vare sin kombination av RF-prestanda och tillverkningskompatibilitet.