Rogers 4000 Serie | PCB | RO4000

Rogers-Materialien sind die mit Abstand beliebtesten Materialien für Hochfrequenzanwendungen, Hochleistungsschaltungen und Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Im Gegensatz zum üblichen FR4-Material, welches aus Epoxidharz und Glasfasergewebe besteht, sind Rogers-Materialien homogener im Materialmix und damit zuverlässiger bei der Signalintegrität wegen einem deutlich geringeren Verlustfaktor (tan d). Auch sind Rogers-Materialien hitzebeständiger und haben einen deutlich höheren TG. Diese Vorteile kommen mit einigen Nachteilen und Eigenarten, die im Folgenden kurz erläutert werden. Gängige Einsatzgebiete sind Telekommunikation, Mikrowellengeräte, 4G-/5G-Technologien, Automobil: Sensoren, Luftfahrttechnik, Militär, HF Technik: Leistungsverstärker.

Materialübersicht

Diese Tabelle zeigt die bei Rogers allgemein angebotenen Materialtypen mit den wichtigsten Eigenschaften. Bitte beachten Sie, dass die Verfügbarkeit teilweise stark eingeschränkt ist, es lange Lieferzeiten geben kann, oder die Materialien sich bei einigen Herstellern nicht bearbeiten lassen.

Für den Aufbau von Multilayern gibt es zudem folgende Prepreg-Sorten:

Zu beachten ist hier, dass die Prepregs für Multilayer nur einen TG von 170°C aufweisen!

Verfügbare Materialien

Die in dieser Tabelle genannten Materialien sind bei Leiton ständig ab Lager verfügbar.

UL-Zulassung

Die meisten oben genannten Basismaterialien sind gemäß UL 94V-0 zugelassen. Eine Zulassung für die fertig hergestellte Leiterplatte mit Rogers Material liegt hingegen nur für Rogers 4530B vor. Nur bei Rogers 4350B darf Leiton seine bekannte UL-Nummer E348420 aufdrucken: Typ „KB-06“ bei 1- und 2-lagigen Leiterplatten, Typ „KB-07“ bei Multilayern. Das Basismaterial Rogers 4003C ist hingegen bereits von Rogers selbst nicht UL-zugelassen. Eine Leiterplattenzertifizierung dieses Materials ist daher von vornherein ausgeschlossen. Dies mag auf einige andere Materialien ebenfalls zutreffen.

Hybrid-Aufbauten

Die Problematik mit Prepregs jeder Art ist die eingeschränkte Lagerfähigkeit in Kombination mit Mindestbestellmengen. Dadurch kann es entweder lange Lieferzeiten oder starke Preisschwankungen geben. Ein beliebtes Mittel, um diesem großen Nachteil aus dem Wege zu gehen, ist der Hybrid-Aufbau. Hierbei werden die kritischen Lagen mit einem Rogers-Kern gebaut und anschließend mit weitläufig verfügbarem FR4-Prepreg verpresst. Die Haftung zwischen FR4-Prepreg und Rogers ist zudem stabiler als die von Rogers-Prepregs. Bei der Planung von Rogers-Multilayern sollte die Möglichkeit für solche Aufbauten stets geprüft werden, um Kosten und Zeit einzusparen. Beispiele für Rogers- und Rogers-FR4-Hybrid-Aufbauten (schematisch)

Beispiele für Rogers- und Rogers-FR4-Hybrid-Aufbauten (schematisch)

2-layer - 1,6mm Rogers 4003C/4350B

Der klassische Aufbau eines einfachen, reinen Rogers-Aufbau einer 2-lagigen Rogers-Leiterplatte. Die verfügbaren Dicken können Sie der Tabelle oben entnehmen. Alle dort genannten Materialien sind bei Leiton ab Lager erhältlich.

1-layer - 1,6mm Rogers 4003C/4350B

Der gleiche Aufbau wie oben, nur als 1-lagige Rogers-Leiterplatte. Da Rogers keine 1-lagigen Basismaterialien anbietet wird in diesem Falle immer eine Seite abgeätzt.

4-Layer Multilayer Rogers 510 Core Laminar

Rogers-Multilayer werden meist in Laminartechnik mit außenliegenden Kernen gefertigt, da Rogers-Kerne eine sehr hohe Dickentoleranz aufweisen und somit Impedanzen präzise nachgebildet werden können. Da es meist nur 100 µm Prepregs gibt und diese auch nur in geringer Zahl (2-4) gestapelt werden können, ist man hier in der Gesamtdicke etwas eingeschränkt.

3-Layer Multilayer Rogers 510 Core Laminar

Die Herstellung von 3-Lagen Rogers-Platinen ist mit denen der 4-Lagen identisch, nur das eine Lage komplett abgeätzt wird.

4-Layer Hybrid - 1,5mm Rogers 4003C filled Core

Die häufigsten Rogers-Kerne bei Multilayern liegen im Bereich 200-250 µm. Da Prepregs nur in begrenzter Anzahl gestapelt werden können, muss man auf Füllkerne zurückgreifen, um bestimmte Enddicken zu erreichen. Dieser Aufbau wäre auch mit nur 1 Rogers-Kern lieferbar.

4-Layer Hybrid 1 Rogers 4350B Core

Da oft nur auf einer Außenlage impedanzdefinierte Leiterbahnen verlaufen, kann man die nicht-HF-relevanten Bereiche auch in FR4 ausführen, was die Kosten deutlich reduziert. Dieser Aufbau wäre auch mit 2 außenliegenden Rogers-Kernen möglich.

4-Layer Hybrid 2 Rogers 4003C Core + filled core FR4

12 Layer Hybrid - 1,63 mm FR4/Rogers 4350B

Hybrid-Technik ist nicht auf eine Lagenzahl beschränkt und kann, wie in diesem Beispiel, auch auf 12 Lagen ausgelegt werden. Optional können weitere Schichten in Rogers ausgeführt oder Blind/Burieds verwendet werden.

12-Layer Multilayer Rogers - 1,7mm Half-Stack

HF-Boards können auch in hohen Lagen als reine Rogers Ausführungen und mit weiteren HDI Technologien verknüpft werden. Hier als Beispiel die Half-Stack-Technologie. Sprechen Sie unser technisches Vertriebsteam im Bedarfsfall gerne an.

Fertigungseinschränkungen RO4000er Serie

Wie eingehend erwähnt haben HF-Materialien in der Verarbeitung auch einige Nachteile. So sind sehr dünne Keramik-Materialien zum Beispiel extrem brüchig. Diese Eigenschaft sorgt dafür, dass auch dickere Materialstärken zum Beispiel nicht geritzt werden sollten, da diese Ritzungen sehr schnell komplett brechen. Ferner haben Rogers-Materialien wegen ihrer sehr glatten Oberfläche meist eine geringere Kupfer-Haftung. Dies führt in Extremfällen dazu, dass sehr dünne Leiterzüge kaum halten oder bei schon geringen mechanischen Belastungen abreißen. Aus diesem Grund sind Plugging- und Filling-Prozesse, bei denen die Leiterplatte anschließend geschliffen werden muss (Strukturen können sich von der Platine lösen), auch nur eingeschränkt verfügbar.

Zusammenfassung:

• Material bricht leichter
• Keine Ritzungen
• Schlechtere Kupferhaftung von Strukturen
• Eingeschränktes Filling oder Plugging von Löchern
• nicht gut geeignet für Kantenmetallisierungen
• längere Fräszeiten, hoher Werkzeugverschleiß, geringe Werkzeugstandzeiten

Tipps

Sollten tatsächlich hohe Frequenzen auf den Leiterplatten laufen, so empfehlen wir stets eine Impedanzmessung mit zu bestellen. Ferner gibt es Oberflächen, die solche Impedanzen stören können. Das weit verbreitete HAL-bleifrei ist aufgrund seiner mangelnden Planarität unbeliebt. Chemisch-Nickel-Gold hat hingegen den Ruf, mit der porösen Nickelschicht negative Einflüsse auf die Signalintegrität zu haben. In so kritischen Bereichen können wir mit nickelfreiem chemischen Gold anbieten. Bitte fragen Sie dies explizit an, da es sich hier nicht um einen Standard handelt. Üblich sind bei Rogers normales chemisches Nickel-Gold (ENIG) oder Nickel-Palladium-gold (ENEPIG).