Teknologi Microwave - Bagaimana untuk memilih bahan RF PCB

Dengan pembangunan komunikasi tanpa wayar dan rangkaian jalur lebar, PCB tidak lagi hanya meletakkan wayar logam pada beberapa substrat penebat untuk mewujudkan saling sambungan litar. Dalam banyak kes, substrat RF PCB dan konduktor logam telah menjadi sebahagian daripada komponen berfungsi. Terutamanya dalam aplikasi RF, komponen berinteraksi dengan substrat PCB, jadi reka bentuk PCB dan pembuatan PCB semakin mempunyai kesan kritikal terhadap fungsi produk. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, konduktor pada PCB RF gelombang mikro biasa adalah semua komponen.

Pengilang PCB RF kami juga lebih terlibat dalam perkara-perkara yang berkaitan dengan reka bentuk RF, terutamanya dalam penghantaran isyarat frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi. Begitu juga, pereka PCB mesti mempunyai pemahaman yang mendalam tentang proses pembuatan PCB untuk menghasilkan PCB yang berkelayakan dan berprestasi tinggi secara komprehensif.

1. Tetap dielektrik (DK)

Tetap dielektrik (Dk, Îμï¼ Er) menentukan kelajuan penyebaran isyarat elektrik dalam medium. Kelajuan penyebaran isyarat elektrik sebaliknya seimbang dengan akar persegi konstan dielektrik. Semakin rendah kekal dielektrik, semakin cepat penghantaran isyarat. Mari kita buat analogi visual, seperti anda berlari di pantai. Kedalaman air merendamkan pergelangan kaki anda. Kelikatan air ialah konstan dielektrik. Semakin licit air, semakin tinggi kekal dielektrik, dan semakin perlahan anda berjalan.

Tetap dielektrik tidak mudah diukur atau menentukan. Ia bukan sahaja berkaitan dengan ciri-ciri medium itu sendiri, tetapi juga berkaitan dengan kaedah ujian, frekuensi ujian, dan keadaan bahan sebelum dan semasa ujian. Tetap dielektrik juga akan berubah dengan perubahan suhu. Beberapa bahan khas telah dibangunkan dengan mempertimbangkan suhu Kelembaban juga merupakan faktor penting yang menjejaskan konstan dielektrik, kerana konstan dielektrik air adalah 70. Sedikit air akan menyebabkan perubahan yang ketara

Berikut adalah kekal dielektrik beberapa bahan khas (pada 1Mhz):

vakum 1.0

PTFE tulen 2.1

GYPTFE2ï¼ ̧2ï¼ ̧2.3

Pengguna: GX-PTFE2.55

Cyanate ester / kaca 3.2

Cyanate ester / kuarsa 2.8-3.4

Kuarsa poliimida 3.5-3.8

Kaca poliimida 4.0-4.6

Kaca resin epoksi (FR4) 4.4-5.2

Amina aromatik bukan tenunan (aramid) 3.8-4.1

Amina aromatik (kain tenunan) 3.8-4.1

PTFE yang diisi seramik 6.0-10.2

Foamclad (paten Arlon) 1.15-1.3

Air 70.0

Untuk aplikasi berkelajuan tinggi dan frekuensi tinggi, bahan yang ideal adalah medium udara yang dibungkus dengan foil tembaga,

Selain menjejaskan kelajuan penghantaran isyarat secara langsung, konstan dielektrik juga menentukan impedansi ciri-ciri sebahagian besar. Di bahagian yang berbeza, persamaan impedansi ciri-ciri sangat penting dalam komunikasi gelombang mikro. Jika ketidaksepadan impedansi berlaku, ketidaksepadan impedansi juga dipanggil VSWR (nisbah gelombang berdiri)

CTEr: Kerana kekal dielektrik berubah dengan suhu, dan bahan yang digunakan dalam gelombang mikro sering berada di luar, walaupun di persekitaran angkasa, CTEr (pekali perubahan kekal dielektrik dengan suhu) juga merupakan parameter utama. Sesetengah PTFE yang diisi dengan serbuk seramik boleh mempunyai ciri-ciri yang sangat baik, seperti CLTE

2. Faktor kerugian (Df)

Selain konstan dielektrik, faktor kerugian adalah parameter penting yang menjejaskan sifat elektrik bahan-bahan Kerugian dielektrik juga dikenali sebagai tangen kerugian, faktor kerugian, dan lain-lain. Ia merujuk kepada kehilangan isyarat dalam medium, atau kehilangan tenaga Ini kerana apabila isyarat frekuensi tinggi (mereka sentiasa berubah antara fasa positif dan negatif) melewati lapisan medium, molekul dalam medium cuba berorientasikan mengikut isyarat elektromagnetik ini. Walaupun sebenarnya, kerana molekul-molekul ini berhubungan silang, mereka tidak boleh benar-benar berorientasikan. Walau bagaimanapun, perubahan frekuensi menyebabkan pencari terus bergerak, menghasilkan banyak haba, dan menyebabkan kehilangan tenaga.

Walau bagaimanapun, sesetengah bahan, seperti PTFE, bukan kutub, jadi mereka tidak akan terjejas oleh medan elektromagnetik, dan kerugian kecil. Begitu juga, faktor kerugian juga berkaitan dengan frekuensi dan kaedah ujian. Aturan umum adalah bahawa semakin tinggi frekuensi, semakin besar kerugian Contoh yang paling intuitif adalah penggunaan tenaga elektrik dalam penghantaran. Jika kerugian reka bentuk litar kecil, hayat bateri boleh meningkat dengan ketara; Apabila menerima isyarat, antena akan lebih sensitif kepada kehilangan bahan dan isyarat akan lebih jelas.

Resin epoksi FR4 yang biasa digunakan (Dk4.5) mempunyai polariti yang agak kuat. Pada 1GHz, kerugian adalah kira-kira 0.025, manakala kerugian substrat PTFE (Dk2.17) di bawah keadaan ini adalah 0.0009. Berbanding dengan poliimida yang diisi kaca, poliimida yang diisi kuarsa mempunyai kekal dielektrik dan kerugian yang rendah, kerana kandungan silikon murni.

Gambar berikut menunjukkan struktur molekul PTFE. Kita boleh melihat bahawa strukturnya sangat simetris, ikatan C-F terikat erat, dan tidak ada kumpulan kutub. Oleh itu, kemungkinan berayun dengan perubahan medan elektromagnetik sangat kecil, yang ditunjukkan dalam ciri-ciri elektrik kerugian kecil.

3. Koefisien pengembangan haba (CTE)

Pekali pengembangan haba biasanya disingkatkan sebagai CTE, yang merupakan salah satu sifat mekanikal haba penting bahan. Ia merujuk kepada pengembangan bahan apabila mereka dipanaskan. Pengembangan bahan sebenar merujuk kepada perubahan jumlah, tetapi kerana ciri-ciri substrat, kita sering mempertimbangkan pengembangan dalam pesawat (X -, Y -) dan arah menegak (Z -). Pengembangan haba pesawat sering boleh dikawal oleh bahan lapisan penguatan (seperti kain kaca, kuarsa, Thermomount), Pengembangan longitudinal sentiasa di atas suhu peralihan kaca, yang sukar dikawal. CTE rata sangat penting untuk memasang pakej kepadatan tinggi. Jika cip (biasanya CTE pada 6-10ppm / C) dipasang pada PCB konvensional (CTE18ppm / C, PTFE, yang sering diisi dengan serbuk seramik, seperti CLTE dan LCCLTE Syarikat Arlon, adalah aplikasi yang paling wakil untuk pembuatan papan pelbagai lapisan 64 lapisan untuk satelit komunikasi global

4. Kekonduktiviti haba

Dalam banyak bidang gelombang mikro, terdapat banyak aplikasi kuasa tinggi, dan ciri-ciri penyebaran haba bahan boleh sangat menjejaskan kebolehpercayaan keseluruhan sistem. Oleh itu, konduktiviti haba juga perlu dipertimbangkan. Untuk beberapa aplikasi kebolehpercayaan tinggi dan penggunaan kuasa yang tinggi, lapisan logam (aluminium atau asas tembaga) juga boleh digunakan. Contoh jenis bahan: konduktiviti haba W / mkPTFE / kain kaca Diclad, Cuclad0.26PTFE / serbuk seramik, kain kaca CLTE0.5AR10000.65AD350i0.45 serbuk seramik diisi bahan termoset 25N / FR0.45 bahan konduktif haba 99N1.2FR-40.24-0.26

5. Kemungkinan pengeluaran

Kami memahami bahawa bahan PTFE sukar diproses, terutamanya untuk penglogaman lubang, yang memerlukan rawatan plasma atau natrium naftalena untuk meningkatkan aktivitinya. Selain itu, PTFE adalah bahan termoplastik, dan pemprosesan papan pelbagai lapisan memerlukan suhu tinggi. Sekarang, bahan resin thermosetting kerugian rendah baru telah dibangunkan untuk litar frekuensi tinggi, yang boleh memproses papan pelbagai lapisan tanpa pengaktifan plasma, seperti Arlon25N / FR. Pada masa ini, ia digunakan secara meluas dalam LNA, Dalam reka bentuk PA dan antena, penyerapan kelembapan juga merupakan faktor yang perlu dipertimbangkan. Bahan dengan penyerapan kelembapan kecil harus dipilih sejauh mungkin, supaya ciri-ciri elektrik lebih stabil

6. Intermodulasi Pasif (PIM)

Dalam reka bentuk hadapan RF, seperti antena dan penapis, intermodulasi pasif diperlukan. Ini juga berkaitan dengan substrat PCB. Sesetengah syarikat menggunakan foil tembaga khusus untuk mengekalkan intermodulasi pasif dalam julat tertentu. Jadual berikut menunjukkan perbezaan antara PIM papan tanpa keperluan intermodulasi pasif dan PIM papan dengan keperluan khusus.

Bahan-bahan PCB RF gelombang mikro terutamanya dipilih melalui berterusan dielektrik, kehilangan, pekali pengembangan haba dan konduktiviti haba Kos rendah seramik berterusan dielektrik tinggi rendah, CTEr berterusan dielektrik rendah, thermoset kerugian komersial kos rendah yang stabil diisi nombor PTFE, keramik kerugian rendah diisi PTFE.