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罗杰斯射频PCB板材选型与国产替代建议

发布日期:2025-12-04 15:26:48  |  关注:58

       罗杰斯(Rogers)公司的射频/微波PCB板材因其优异的性能(如稳定的介电常数、低损耗、高热可靠性)在高频高速电路领域占据重要地位。其选型和国产替代是当前电子行业,特别是在通信(5G/6G)、航空航天、汽车雷达等领域的一个热点和难点问题。


以下将从选型要点和国产替代方案两个方面进行详细阐述。




 第一部分:罗杰斯(Rogers)板材选型要点


选择罗杰斯板材时,主要需考虑以下关键参数和应用场景:


1. 核心材料参数:

介电常数(Dk): 决定信号传播速度和阻抗控制。高频下需要稳定性(随频率、温度变化小)。罗杰斯板材(如RO4000系列)通常使用陶瓷填料实现高稳定性。

损耗因子(Df): 衡量材料对信号能量的损耗。值越小,插入损耗越低,对高频高速信号越有利。例如,RO3003的Df为0.0013 @10GHz,是非常出色的低损耗材料。

热膨胀系数(CTE):特别是Z轴(厚度方向)的CTE,需要与铜箔(~17 ppm/°C)匹配,以保证在热应力下(如回流焊)金属化孔的可靠性。

玻璃化转变温度(Tg)和分解温度(Td):高温下的机械和化学稳定性。无卤层压板(如RO4000系列)通常没有明确的Tg,但热稳定性极佳。

导热系数:对高功率应用至关重要,有助于散热。


2. 主要系列及应用场景:

RO4000系列(RO4350B, RO4835等):

   特性: 碳氢化合物陶瓷填充,热固性材料,可用标准FR-4工艺加工,成本相对较低,性价比高。

   应用: 基站天线、功率放大器、汽车雷达(24/77GHz)、Sub-6GHz 5G设备。

RO3000系列(RO3003, RO3006, RO3035等):

   特性: 陶瓷填充PTFE(聚四氟乙烯),热塑性材料,需要特殊的钻孔和孔金属化工艺,Dk稳定性极佳,损耗极低。

   应用: 毫米波天线(如28/39/60GHz)、卫星通信、雷达导引头、高频滤波器。

RT/duroid系列(5880, 6002等):

   特性:纯PTFE或微纤维玻璃增强PTFE,加工难度高(需特殊处理),电性能最优,各向同性。

   应用:高端航天、军工、测试设备、要求极高的相控阵雷达。

TMM系列:

   特性:热固性陶瓷材料,Dk值范围宽(3.5-12),温度稳定性好。

   应用:需要高Dk的小型化电路、耦合器、功分器。


3. 选型流程建议:

1.  确定工作频率和带宽:频率越高,对Dk稳定性和Df的要求越苛刻。

2.  明确损耗预算:根据链路预算,确定可接受的插入损耗,从而选择Df合适的材料。

3.  考虑结构设计:是否需要混合多层板(高频层+FR-4底层)?这关系到材料兼容性和加工工艺。

4.  评估环境与可靠性要求:工作温度范围?是否需要耐高温无铅工艺?机械强度要求?

5.  权衡成本与加工性:RO4000系列加工简单成本低;RO3000/RT系列性能好但加工难、成本高。


第二部分:国产替代方案


近年来,在中美贸易摩擦和供应链安全的驱动下,国内多家企业在高频PCB基材领域取得了长足进步,部分产品已能实现对罗杰斯中端系列的替代。


1. 国内主要厂商及产品线:

生益科技:

    *SI系列(如SI680V, SI600G):对标RO4350B/RO4835。碳氢化合物陶瓷体系,可用FR-4工艺,是目前替代最成熟、应用最广的产品。已大量用于5G基站天线。

    *SGT系列:低损耗PTFE材料,对标RO3003系列,正在客户端验证和推广。

华正新材:

    *H5系列:碳氢化合物陶瓷材料,对标RO4000系列,性能接近,加工性好。

中英科技:

    *ZYF系列:专注高频覆铜板,产品覆盖碳氢化合物和PTFE体系,在卫星通信、雷达领域有应用。

泰州旺灵(被飞荣达收购):

    *F系列:以聚四氟乙烯基材为主,产品线较全,在军工领域有较深积累。

其他厂商:如达诺尔(PTFE基材)、国能新材料等也在积极布局。


2. 替代的挑战与注意事项:

     *性能一致性:罗杰斯在材料均匀性、批次稳定性、参数模型(如宽带Dk/Df曲线)方面有数十年的积累,国产材料仍需时间验证和优化。

     *高端产品差距: 在毫米波频段(如E波段、W波段)的超低损耗、超高稳定性材料(如RT/duroid 5880)方面,国产材料与罗杰斯顶级产品仍有明显差距,替代难度大。

     *工艺适配性:即使宣称“兼容FR-4工艺”,在层压参数、钻孔质量、孔壁粗糙度控制上仍需与PCB板厂深度磨合。

     *设计支持与模型:罗杰斯提供详细的仿真模型(如ADS/UWB模型),国产厂商在此方面的技术支持正在加强,但尚不完善。


3. 替代策略建议:

分层替代:

    * 优先替代: 在Sub-6GHz的消费电子、基站天线、汽车雷达(24GHz)等领域,优先考虑生益SI系列等产品,性价比高,供应链安全。

    * 谨慎替代/联合开发:对于毫米波(>30GHz)、航空航天、高性能雷达等关键应用,建议采取“设计-材料-板厂”三方协同的模式,进行严格的样品测试(电性能、可靠性、一致性),并准备好第二供应商(罗杰斯)方案。

    * 暂难替代:对电性能和可靠性要求极端苛刻的领域,暂时仍需依赖罗杰斯高端系列。

行动步骤:

    1.  明确需求:梳理产品的关键性能指标(频率、损耗、工作环境)。

    2.  样品测试:向国产厂商索取样品和详细技术资料,制作测试板,进行全面的性能对比测试S参数、温漂、PIM、可靠性试验)。

    3.  工艺验证:与有经验的PCB板厂合作,验证加工工艺的可行性和良率。

    4.  小批量试用:通过小批量试产,验证供应链的稳定性和长期可靠性。

    5.  建立模型:与厂商合作,获取或建立准确的电磁仿真模型,确保设计可预测性。