"Soll ich FR4 oder Rogers nehmen?" – Diese Frage höre ich mindestens einmal pro Woche. Und meine Antwort ist immer die gleiche: Es kommt darauf an. Aber keine Sorge, nach diesem Artikel werden Sie selbst entscheiden können. Versprochen.
Die Kurzfassung
FR4 für 80% aller Anwendungen. Rogers, wenn Sie über 2 GHz arbeiten, präzise Impedanzkontrolle brauchen oder extreme Temperaturstabilität benötigen. Alles andere ist Overengineering oder Underengineering – beides kostet Sie Geld.
FR4: Der unbestrittene König der Alltagsanwendungen
Lassen Sie mich mit einer Zahl beginnen: 80%. So viel Prozent aller weltweit produzierten Leiterplatten bestehen aus FR4. Das ist kein Zufall. FR4 (Flame Retardant 4) ist das Arbeitstier der Elektronikbranche – zuverlässig, günstig und gut verstanden.
Was genau ist FR4?
FR4 ist ein Verbundwerkstoff aus Glasfasergewebe und Epoxidharz. "FR" steht für "Flame Retardant" (flammhemmend), und die "4" bezeichnet den spezifischen Harzzusatz. Das Material wurde in den 1960er Jahren entwickelt und hat sich seitdem zum De-facto-Standard entwickelt.
| Eigenschaft | FR4 Standard | FR4 High-Tg |
|---|---|---|
| Dielektrizitätskonstante (Dk) | 4.2-4.8 | 4.2-4.6 |
| Verlustfaktor (Df) @ 1 GHz | 0.018-0.025 | 0.015-0.020 |
| Glasübergang (Tg) | 130-140°C | 170-180°C |
| CTE (Z-Achse) | 60-70 ppm/°C | 45-55 ppm/°C |
| Preis (relativ) | € | €€ |
Wann FR4 die perfekte Wahl ist
- Digitale Schaltungen bis 1-2 GHz: Mikroprozessoren, FPGAs, Speicher – alles kein Problem
- Kostenoptimierte Serienfertigung: Wenn jeder Cent zählt
- Normale Umgebungsbedingungen: -40 bis +85°C, keine extreme Feuchtigkeit
- Prototypen und Kleinserien: Schnell verfügbar, kurze Lieferzeiten
“Ich sehe oft Ingenieure, die reflexartig Rogers spezifizieren, weil es 'besser' klingt. Aber wenn Ihre maximale Frequenz bei 500 MHz liegt, verbrennen Sie Geld. Manchmal ist der Toyota Corolla genau das richtige Auto – auch wenn der Porsche im Showroom steht.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
Rogers: Der Spezialist für anspruchsvolle HF-Anwendungen
Rogers Corporation ist ein US-amerikanischer Hersteller von Hochfrequenz-Laminaten. Der Name "Rogers" ist dabei fast zum Gattungsbegriff geworden – ähnlich wie "Tempo" für Taschentücher. Die bekanntesten Produkte sind die RO4000- und RT/duroid-Serien.
Die Rogers-Familie im Überblick
| Material | Dk | Df (10 GHz) | Haupteinsatz | Preis |
|---|---|---|---|---|
| RO4003C | 3.38 | 0.0027 | Allround HF | €€€ |
| RO4350B | 3.48 | 0.0037 | UL V-0 erforderlich | €€€ |
| RO3003 | 3.00 | 0.0013 | mmWave, Radar | €€€€ |
| RT/duroid 5880 | 2.20 | 0.0009 | Mil/Aero, Satellit | €€€€€ |
Wann Sie Rogers brauchen
- Frequenzen über 2-3 GHz: Wo FR4-Verluste inakzeptabel werden
- Präzise Impedanzkontrolle: ±5% statt ±10% bei FR4
- Temperaturstabile Dk: Wenn Umgebungstemperaturen schwanken
- Radar, 5G, Satellit: Klassische Hochfrequenz-Anwendungen
Der große Vergleich: FR4 vs Rogers
Jetzt wird's technisch. Hier ist der direkte Vergleich der beiden Materialklassen – mit allen Details, die Sie für Ihre Entscheidung brauchen.
| Kriterium | FR4 Standard | Rogers RO4003C | Gewinner |
|---|---|---|---|
| Dielektrizitätskonstante | 4.2-4.8 | 3.38 ±0.05 | Rogers |
| Dk-Toleranz | ±10-15% | ±1.5% | Rogers |
| Verlustfaktor (1 GHz) | 0.020 | 0.0027 | Rogers (7x besser) |
| Wärmeleitfähigkeit | 0.3 W/mK | 0.71 W/mK | Rogers |
| Preis (pro m²) | €20-40 | €150-300 | FR4 (5-10x günstiger) |
| Lieferzeit | 3-5 Tage | 7-14 Tage | FR4 |
| Verfügbarkeit | Überall | Spezialisierte Fertiger | FR4 |
| Verarbeitung | Standard | FR4-kompatibel | Unentschieden |
“Die Frage 'FR4 oder Rogers?' ist wie 'Fahrrad oder Auto?'. Beide bringen Sie von A nach B – aber für unterschiedliche Strecken. Sie würden auch nicht mit dem Fahrrad nach München fahren. Oder mit dem Auto zum Bäcker um die Ecke.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
Frequenz: Der entscheidende Faktor
Der wichtigste Faktor für Ihre Entscheidung ist die Betriebsfrequenz. Hier ist die Realität, die Ihnen die Datenblätter nicht so klar zeigen:
Signalverluste bei verschiedenen Frequenzen
| Frequenz | FR4 Verlust (dB/cm) | Rogers Verlust (dB/cm) | Differenz |
|---|---|---|---|
| 1 GHz | 0.08 | 0.02 | 4x |
| 5 GHz | 0.20 | 0.05 | 4x |
| 10 GHz | 0.35 | 0.08 | 4.4x |
| 24 GHz | 0.60 | 0.13 | 4.6x |
Bei 1 GHz ist der Unterschied 0.06 dB/cm – das klingt nach wenig. Aber bei einer 10 cm langen Leitung verlieren Sie mit FR4 bereits 0.8 dB, mit Rogers nur 0.2 dB. Bei 24 GHz wird der Unterschied dramatisch: 6 dB vs. 1.3 dB auf derselben Strecke. Das ist der Unterschied zwischen "funktioniert" und "funktioniert nicht".
Kosten: Die wahre Geschichte
Ja, Rogers ist 5-10x teurer als FR4. Aber das ist nur ein Teil der Geschichte. Hier die vollständige Kostenbetrachtung für ein typisches HF-Projekt:
| Kostenposition | FR4 | Rogers | Kommentar |
|---|---|---|---|
| Materialkosten | €30 | €200 | 6.7x höher |
| Fertigungskosten | €50 | €70 | Ähnliche Verarbeitung |
| Design-Iterations | 3x | 1-2x | Bessere Vorhersagbarkeit |
| Zusatz-Komponenten | Verstärker nötig | Evt. nicht nötig | Weniger Signalverlust |
| Gesamtkosten (Proto) | €250 | €350 | Nur 40% mehr |
Die versteckten Kosten von FR4 bei HF
Bei einem 10-GHz-Design mit FR4 brauchen Sie möglicherweise einen zusätzlichen LNA (Low Noise Amplifier) für €5-20 pro Stück, um die Verluste auszugleichen. Bei 10.000 Stück Serie sind das €50.000-€200.000 Mehrkosten – plus die zusätzliche Stromaufnahme und Boardfläche. Plötzlich ist Rogers die günstigere Option.
Hybrid-Stackup: Die clevere Lösung
In der Praxis müssen Sie sich nicht immer zwischen FR4 und Rogers entscheiden. Viele unserer Kunden nutzen Hybrid-Stackups: Rogers für die HF-kritischen Lagen, FR4 für Power und digitale Logik. Das spart Kosten, ohne die HF-Performance zu opfern.
Typischer Hybrid-Stackup für 5G-Basisstation
| Lage | Material | Funktion |
|---|---|---|
| L1 (Top) | Rogers RO4003C | HF-Signale, Antennen |
| L2 | FR4 | GND Plane |
| L3 | FR4 | Digitale Signale |
| L4 | FR4 | Power Plane |
| L5 | FR4 | GND Plane |
| L6 (Bottom) | Rogers RO4003C | HF-Signale, PA |
“Ein gut designter Hybrid-Stackup kann Ihnen 50% der Materialkosten sparen – bei identischer HF-Performance. Das Geheimnis: Rogers nur dort, wo es wirklich gebraucht wird. Bei WellPCB fertigen wir monatlich hunderte solcher Hybrid-Boards.”
Hommer Zhao
Gründer & CEO, WellPCB
Die Entscheidungsmatrix
Hier ist meine bewährte Entscheidungshilfe, die ich mit allen unseren Kunden durchgehe:
| Anwendungsfall | Material | Begründung |
|---|---|---|
| IoT-Sensor (Bluetooth, Sub-GHz) | FR4 | Frequenz zu niedrig für Rogers |
| WLAN 6E Router (6 GHz) | FR4 High-Speed oder Rogers | Grenzbereich, kostenabhängig |
| 5G Basisstation | Rogers (Hybrid) | HF-Performance kritisch |
| Automotive Radar (77 GHz) | Rogers/PTFE | Keine Alternative bei mmWave |
| LED-Treiber | FR4 oder Aluminium | Keine HF, aber evtl. Thermik |
| USB 3.2 Gen 2 (10 Gbps) | FR4 High-Speed | Digitale Signalintegrität |
Häufige Fehler vermeiden
Nach tausenden von HF-Projekten bei WellPCB sehe ich immer wieder die gleichen Fehler. Hier die Top 5 – und wie Sie sie vermeiden:
- Rogers bei 500 MHz: Overkill. FR4 reicht völlig. Sie zahlen das 5-fache für marginale Verbesserungen.
- FR4 bei 24 GHz: Underkill. Die Signale kommen nie an. Lesen Sie auch unseren Artikel zu HF-Materialien.
- Dk-Toleranzen ignorieren: FR4 hat ±15% Dk-Schwankung. Bei impedanzkritischen Designs ein Killer.
- Hybrid ignorieren: Alles aus Rogers, obwohl nur eine Lage HF-kritisch ist. Verschwendetes Geld.
- Fertiger nicht fragen: Wir beraten Sie kostenlos zur Materialwahl. Nutzen Sie das!
Fazit: Die pragmatische Entscheidung
Die Wahl zwischen FR4 und Rogers ist keine religiöse Frage – sie ist eine technisch-wirtschaftliche Entscheidung. Hier meine finale Empfehlung:
Meine Entscheidungsregel in 30 Sekunden
- 1. Bestimmen Sie Ihre maximale Betriebsfrequenz
- 2. Unter 2 GHz → FR4
- 3. 2-6 GHz → FR4 High-Speed oder Rogers (kostenabhängig)
- 4. Über 6 GHz → Rogers oder besser
- 5. Prüfen Sie Hybrid-Stackup für Kostenoptimierung
Unsicher, welches Material für Ihr Projekt das richtige ist? Senden Sie uns Ihre Gerber-Daten – wir analysieren Ihr Design kostenlos und empfehlen das optimale Material. Dafür sind wir da.
Bereit für Ihr Projekt?
Ob FR4 oder Rogers – wir fertigen beides in höchster Qualität.SMD-Bestückung inklusive, wenn gewünscht. Lieferzeit ab 5 Werktagen.
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