高頻材料的選擇條件

前言隨著通信市場的飛速發(fā)展,產(chǎn)品技術(shù)不斷革新,高頻高速信號對材料的的要求也日益增加,不管是設(shè)計(jì)師還是PCB制造者,都在面臨選擇—適當(dāng)?shù)牟牧?滿足高頻信號特性,但制造加工容易,成本較低。高頻材料選擇的條件1.介電常數(shù)（Dk,*,Er介電常數(shù)通常根據(jù)特定的電路設(shè)計(jì)及功能所定,直接影響PCB結(jié)構(gòu)（厚度,特性阻抗等）。介電常數(shù)決定了電信號在該介質(zhì)中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數(shù)平方根成反比。介電常數(shù)越低，信號傳送速度越快。我們作個形象的比喻，就好想你在海灘上跑步，水深淹沒了你的腳踝，水的粘度就是介電常數(shù)，水越粘，代表介電常數(shù)越高，你跑的也越慢。介電常數(shù)除了直接影響信號的傳輸速度以外,還在很大程度上決定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信里尤為重要.如果出現(xiàn)阻抗不匹配的現(xiàn)象,阻抗不匹配也稱為VSWR（駐波比）.CTEr：由于介電常數(shù)隨溫度變化，而微波應(yīng)用的材料又常常在室外，甚至太空環(huán)境,所以CTEr（CoefficencofThermalofEr,介電常數(shù)隨溫度的變化系數(shù)）也是一個關(guān)鍵的參數(shù)?一些陶瓷粉填充的PTFE能夠有非常好的特性。介質(zhì)損耗這是在高頻設(shè)計(jì)中更為苛刻的要求,你可以根據(jù)介電常數(shù)進(jìn)行調(diào)整,但不可以圍繞損耗進(jìn)行調(diào)整。損耗因子是影響材料電氣特性的重要參數(shù)。介電損耗也稱損耗正切,損耗因子等,它是指信號在介質(zhì)中丟失,也可以說是能量的損耗.這是因?yàn)楦哳l信號（它們不停地在正負(fù)相位間變換）通過介質(zhì)層時,介質(zhì)中的分子試圖根據(jù)這些電磁信號進(jìn)行定向,雖然實(shí)際上,由于這些分子是交聯(lián)的,不能真正定向.但頻率的變化,使得分子不停地運(yùn)動，產(chǎn)生大量的熱,造成了能量的損耗.而有些材料，如PTFE的分子是非極性的,所以不會受電磁場的影響變化,損耗也就較小.同樣,損耗因子也跟頻率和測試方法有關(guān).一般規(guī)律是在頻率越高,損耗越大.常用的FR4環(huán)氧樹脂（Dk4.5）極性相對較強(qiáng)，在1GHz下，損耗約0.025,而PTFE基材（Dk2.17）在此條件下的損耗是0.0009.石英填充的聚酰亞胺與玻璃填充的聚酰亞胺相比,不僅介電常數(shù)低,而且損耗也較低,因?yàn)楣璧暮枯^純厚度變化基材厚度也是決定特性阻抗的重要因素,同時在高頻設(shè)計(jì)中,還影響層間信號的干擾.4．材料的可加工性這決定PCB加工成本。目前大量用于LNA,PA和天線設(shè)計(jì)中?吸潮性也是一個考慮因素.盡可能選用吸潮小的材料,電氣特性更加穩(wěn)定.5．材料的熱膨脹系數(shù)它是材料的重要熱機(jī)械特性之一.指材料受熱的情況下膨脹的情況.實(shí)際的材料膨脹是指體積變化，但由于基材的特性，我們往往分別考慮平面（x-,Y-）和垂直方向的膨脹（Z-）.平面的熱膨脹常常可以通過增強(qiáng)層材料加以控制，（如玻璃布，石英，Thermount），而縱向的膨脹總是在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上難以控制.ARLON的25系列材料特性ARLON的25N/25FR系列材料屬于陶瓷填充的石蠟，玻璃纖維增強(qiáng)的材料，由于石蠟分子結(jié)構(gòu)本身的對稱性，沒有明顯的極性基團(tuán)，使得在高頻電磁波的環(huán)境下，呈現(xiàn)較低的損耗特性.這種材料結(jié)合了低損耗的特性，以及陶瓷填充材料的低膨脹特性.電氣特性25N/FR具有良好的電氣特性，主要表現(xiàn)在低介電常熟，低損耗因子，介電常數(shù)在溫度變化的情況下相對穩(wěn)定.從而作為無線和數(shù)字通信理想的材料，其應(yīng)用包括移動電話，轉(zhuǎn)換器，低噪聲放大器等.25N25FRDielectricConstant(10GHz)3.383.58DissipationFactor(10GHz)0.00250.0035WaterAbsorption(%)0.090.09Coefficient of ThermalExpansionX,Y(ppm/oC)15,1516,18Z (ppm/oC)5259Outgassing(ASTME-595-90)TotalMassLoss(%)1%max0.170.24CondensableVolatiles(%).1%max0.010.00WaterVaporRecovery(%)0.020.07FlammabilityN/AUL-94-V0ThermalConductivity(W/m-K)0.450.45與其他材料的比較LowCostLowLossThermosetHighErCeramic-FilledLowErStableErLowFoamcladR/FLowLoss-0oto+140oCCostPTFEGrades100FoamCorePTFEPTFEArlonExampleArlon25NAR-1000DiClad880CLTE-LCAR-320FoamClad

Er(10GHz)3.38102.172.983.21?15-1.35v(1010cm/sec)1.630.952.031.741.682.79Loss0.00250.003.00090.00250.0030.002+HeatXferW/m-oK0.40.6<0.10CTErppm/oC-25-233-160Nil-100tbdCTE(ppm/oC)15-1814-1625-3517-189-12tbd什么時候選用25FR/N產(chǎn)品用戶對損耗提出要求時成本上無法采用PTFE,