Les matériaux pour circuits imprimés Rogers sont largement reconnus pour leurs performances supérieures dans les applications numériques haute fréquence et haut débit. Que vous conceviez un réseau d'antennes micro-ondes ou développiez des modules de communication pour les réseaux de nouvelle génération, le choix du substrat a un impact direct sur l'intégrité du signal et la fiabilité des appareils. Lorsque votre conception exige une faible perte de signal, un contrôle précis de l'impédance et une excellente stabilité thermique, les laminés Rogers répondent aux besoins des matériaux FR4 traditionnels.
Ce guide explore les principes fondamentaux des PCB Rogers, pourquoi les configurations à 2 couches sont un choix judicieux pour de nombreux projets RF et micro-ondes, et comment sélectionner le bon stratifié pour des performances électriques optimales.
Qu'est-ce que le matériau PCB de Rogers ?
Contrairement au FR4 standard, qui repose sur la fibre de verre tissée et la résine époxy, les matériaux Rogers sont basés sur des composites spécialisés en céramique hydrocarbonée ou en PTFE. Ces formulations avancées sont conçues pour des performances électriques supérieures, notamment dans les environnements haute fréquence exigeants. Les charges utilisées (céramique ou autres matériaux à faibles pertes) améliorent considérablement la stabilité diélectrique et la conductivité thermique.
La constance de la constante diélectrique (Dk) à toutes les fréquences et à toutes les températures fait des matériaux Rogers la solution idéale pour les circuits fonctionnant à des vitesses de l'ordre du GHz. Les produits courants comme le RO4350B et le RO4003 sont développés par Rogers Corporation, dont les matériaux sont devenus la référence en matière de conception de circuits imprimés RF et micro-ondes.
De plus, les substrats Rogers offrent un comportement mécanique prévisible. Ils se caractérisent par une excellente stabilité dimensionnelle, un faible coefficient de dilatation thermique (CTE) et une résistance accrue au pelage. Ces propriétés contribuent à atténuer le gauchissement, le délaminage et le désalignement des couches, tant pendant la fabrication que pendant l'exploitation à long terme.
Pour les ingénieurs travaillant dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'armée ou des télécommunications, où une défaillance du circuit imprimé peut entraîner une défaillance du système, les cartes Rogers offrent un niveau d'assurance essentiel.
PCB Rogers contre PCB FR4
À première vue, le FR4 semble être le choix idéal pour la plupart des projets de circuits imprimés en raison de son prix abordable et de sa disponibilité. Cependant, l'écart de performance entre le FR4 et le Rogers devient flagrant lorsque la fréquence du signal dépasse quelques centaines de MHz.
Les matériaux FR4 ont généralement une constante diélectrique d'environ 4.5, mais cette valeur a tendance à dériver à des fréquences plus élevées, ce qui entraîne un contrôle d'impédance irrégulier. La tangente de perte (Df) du FR4 est également nettement plus élevée, dépassant souvent 0.02, ce qui entraîne une atténuation importante du signal dans la gamme des GHz.
En revanche, les matériaux Rogers maintiennent un Dk stable (environ 3.48 à 3.55) sur un large spectre de fréquences et offrent un Df aussi faible que 0.0027, selon le stratifié. Cela se traduit par une perte de signal minimisée, une meilleure stabilité de phase et une meilleure gestion de la puissance dans les lignes de transmission et les filtres RF.
| Fonctionnalité | PCB Rogers | PCB FR4 |
|---|
| Constante diélectrique (Dk) | Stable (3.48–3.55 sur toutes les fréquences) | Variable (environ 4.2–4.8, change avec la fréquence) |
| Tangente de perte (Df) | Faible (~0.0027–0.0037) | Élevé (~0.02) |
| Intégrité du signal à GHz | Excellent | Mauvais (forte atténuation) |
| Conductivité thermique | Bon (0.62–0.77 W/m·K) | Inférieur (~0.3 W/m·K) |
| Prix | Meilleure performance du béton | Coût en adjuvantation plus élevé. |
| Applications | RF, micro-ondes, numérique à grande vitesse | Numérique à usage général et à faible vitesse |
De plus, les limitations thermiques du FR4 constituent un handicap dans les circuits RF haute puissance. Les laminés Rogers, grâce à leur conductivité thermique supérieure et à leur température de transition vitreuse (Tg) élevée, gèrent plus efficacement la dissipation thermique, réduisant ainsi le risque d'emballement thermique ou de dégradation du substrat.
Dans les systèmes où la précision temporelle, la faible gigue et la transmission à haut débit sont importantes, comme les modules 5G, les émetteurs-récepteurs satellites et les systèmes radar, Rogers offre des performances constantes, tandis que FR4 devient un goulot d'étranglement.
Pourquoi utiliser un PCB Rogers à 2 couches ?
Bien que les circuits imprimés multicouches soient souvent utilisés pour les systèmes numériques complexes, de nombreuses conceptions RF et analogiques bénéficient de la simplicité et de la prévisibilité d'une carte à 2 couches, en particulier lorsqu'elles sont mises en œuvre à l'aide de matériaux Rogers.
Une typique PCB Rogers à 2 couches Comprend une couche de signal et un plan de masse continu. Cette structure permet un contrôle précis de l'impédance, minimise l'inductance parasite et réduit le risque de diaphonie ou d'émissions rayonnées. En éliminant les transitions de couche inutiles, le trajet du signal reste propre et efficace, ce qui est essentiel au maintien de l'intégrité de la forme d'onde.
La fabricabilité est également améliorée. Avec moins de couches à laminer, percer et plaquer, le risque de défauts de fabrication tels que le délaminage, les fissures ou les vides de résine est considérablement réduit. Les concepteurs gagnent également en flexibilité lors du prototypage, car les cartes à deux couches sont plus rapides et plus économiques à produire.
Un autre avantage souvent négligé réside dans la simulation thermique. La conductivité thermique et le flux thermique étant plus faciles à modéliser dans des structures plus simples, les stratégies de gestion thermique, telles que les dissipateurs thermiques, les coulées de cuivre et les vias thermiques, peuvent être conçues avec plus de fiabilité.
Les circuits imprimés Rogers à 2 couches sont un choix idéal pour les concepteurs RF qui ont besoin de performances élevées sans la complexité et le coût des empilements multicouches.
Types de circuits imprimés Rogers à 2 couches proposés
Plusieurs types de cartes Rogers à deux couches sont disponibles auprès de fabricants spécialisés, conçues pour les projets haute fréquence et à forte intensité de communication. Chaque modèle possède des caractéristiques distinctes qui le rendent adapté à des objectifs de conception particuliers.
Circuit imprimé Rogers 2B 4350L
Il s'agit d'une solution robuste pour les circuits RF nécessitant de faibles pertes et des performances haute fréquence fiables. Le stratifié RO4350B Il prend en charge une large gamme de conceptions, notamment les amplificateurs de puissance, les pistes à impédance contrôlée et les filtres micro-ondes. Sa stabilité mécanique le rend également compatible avec les procédés de fabrication FR4 standard.
Circuit imprimé RO2 à 4003 couches pour appareils de communication
RO4003 Il est optimisé pour la production en grande série, où coût et performances électriques doivent coexister. Il constitue un excellent candidat pour les infrastructures mobiles, les GPS et les appareils WLAN. Bien qu'il offre un Dk légèrement supérieur à celui du 4350B, il conserve une faible perte de signal et une excellente fiabilité thermique.
Circuit imprimé Rogers à 2 couches avec une épaisseur de cuivre fini de 1 oz
Cette configuration améliore la gestion du courant pour les conceptions combinant circuits RF analogiques et numériques. Le cuivre plus épais améliore également la dissipation thermique, un atout particulièrement précieux pour les convertisseurs de puissance et les émetteurs RF.
Ces PCB Rogers sont généralement fabriqués avec des tolérances strictes et des conditions de traitement optimisées pour conserver les avantages inhérents au matériau.
Propriétés des matériaux Rogers populaires (4350B vs RO4003)
Lors de la comparaison des RO4350B et RO4003, de subtiles différences dans leurs caractéristiques électriques et thermiques constituent des variables de conception importantes. Voici une analyse comparative :
| Propriété | Rogers 4350B | RogersRO4003 |
|---|
| Constante diélectrique (Dk) | 3.48 @ 10GHz | 3.55 @ 10GHz |
| Facteur de dissipation (Df) | 0.0037 | 0.0027 |
| Conductivité thermique | 0.62 W/m·K | 0.77 W/m·K |
| Température de transition vitreuse (Tg) | > 280 ° C | > 280 ° C |
| résistivité volumique | 1.7 × 10⁷ MΩ·cm | 1.0 × 10⁸ MΩ·cm |
| CTE (axe Z) | 32 ppm/°C | 46 ppm/°C |
La conductivité thermique plus élevée du RO4003 le rend idéal pour les cartes denses avec des composants serrés, tandis que la stabilité dimensionnelle supérieure du RO4350B est préférée dans les assemblages multi-cartes et les environnements mécaniquement exigeants.
Applications typiques du circuit imprimé Rogers à 2 couches
Les circuits imprimés à deux couches Rogers sont utilisés dans divers systèmes RF et haute fréquence où les pertes et l'instabilité sont intolérables. Parmi les applications courantes, on peut citer :
Modules de communication sans fil – Frontaux LTE, 5G et WLAN
Récepteurs GPS – Les substrats à phase stable améliorent l'acquisition du signal
Amplificateurs de puissance – Maintenir l'adaptation d'impédance sous des charges thermiques élevées
Réseaux d'antennes et réseaux d'adaptation : des performances diélectriques constantes sont cruciales
Systèmes radar – Une faible perte permet une transmission et une réception précises du signal
Dispositifs IoT et capteurs – Chemins de signaux efficaces pour des conceptions compactes à haute fréquence
Radar et infodivertissement automobiles – Plateformes durables et thermiquement stables pour les systèmes de communication embarqués
Les concepteurs utilisent également les cartes Rogers à 2 couches dans les applications aérospatiales telles que la télémétrie, la navigation aérienne et les unités de contrôle par satellite.
Considérations lors de la conception avec Rogers PCB
Même avec des matériaux haut de gamme, la performance repose sur une bonne disposition et une bonne conception de l'empilage. Voici quelques facteurs essentiels à prendre en compte :
Adaptation d'impédance
La largeur des pistes, l'épaisseur du cuivre, l'espacement diélectrique et les chemins de retour doivent être calculés avec soin. Le Dk constant de Rogers rend ces calculs plus fiables que le FR4.
Finition de surface
L'ENIG reste un choix de premier ordre pour sa planéité et sa résistance à la corrosion. Cependant, l'argent par immersion et l'OSP constituent des alternatives viables, en fonction des contraintes de coût et des profils de soudure.
Poids du cuivre et conception thermique
Choisissez entre 0.5 oz, 1 oz ou même 2 oz de cuivre selon votre puissance. Complétez le cuivre épais avec des vias thermiques et des coulées de terre pour une gestion efficace de la chaleur.
Conception pour la manufacturabilité (DFM)
Coordonnez-vous toujours avec votre fabricant de PCB pour définir les tailles de perçage minimales, les tolérances du masque de soudure et la compatibilité de la pile de couches. Les fabricants fournissent généralement des directives DFM pour les cartes Rogers afin de garantir des rendements optimaux.
Conclusion
Pour les ingénieurs recherchant une fidélité du signal et une fiabilité thermique sans compromis dans les systèmes haute fréquence, les circuits imprimés Rogers à deux couches offrent une solution fiable et performante. VictoryPCB propose ces cartes avancées utilisant les matériaux RO2B et RO4350, ainsi que des épaisseurs de cuivre sur mesure pour répondre aux besoins spécifiques de vos applications RF et micro-ondes. Forts d'une expertise technique et d'une fabrication de précision, leurs circuits imprimés Rogers sont conçus pour garantir des performances optimales à chaque fois.
Contactez-nous à sales@victorypcb.com ou visitez le site https://www.victorypcb.com/
