Tecnología de microondas - Cómo seleccionar materiales de PCB de radiofrecuencia

Con el desarrollo de las comunicaciones inalámbricas y las redes de banda ancha, El PCB ya no es simplemente colocar cables metálicos en algunos sustratos aislantes para lograr la interconexión de circuitos. En muchos casos, Sustrato de PCB de radiofrecuencia Los conductores metálicos se han convertido en parte de los componentes funcionales. Especialmente en aplicaciones de radiofrecuencia, El componente interactúa con el sustrato de PCB, Por lo tanto, el diseño de PCB y la fabricación de PCB tienen un impacto cada vez mayor en las funciones del producto.. Como se muestra en la siguiente imagen, Típico PCB de radiofrecuencia de microondas Todos son componentes.

Nuestro Fabricante de PCB de radiofrecuencia También participar más en cosas relacionadas con el diseño de radiofrecuencias, Especialmente en la transmisión de señales de alta frecuencia y alta velocidad. De manera similar, Para producir completamente PCB de alto rendimiento calificados, los diseñadores de PCB deben tener una comprensión profunda del proceso de fabricación de pcb..

1. constante dieléctrica (dk)

La constante dieléctrica (dk, muï er) determina la velocidad a la que las señales eléctricas se propagan en el medio. La velocidad de propagación de la señal eléctrica es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la constante dieléctrica. Cuanto menor sea la constante dieléctrica, más rápida será la transmisión de la señal. Hagamos una analogía visual, como si estuvieras corriendo por la playa. La profundidad del agua inundó tus tobillos. La viscosidad del agua es una constante dieléctrica. Cuanto más pegajoso sea el agua, mayor será la constante dieléctrica y más lenta será la velocidad de funcionamiento.

La constante dieléctrica no es fácil de medir o definir. No solo está relacionado con las características del medio en sí, sino también con el método de prueba, la frecuencia de prueba y el Estado del material antes y después de la prueba. La constante dieléctrica también cambiará a medida que cambie la temperatura. Teniendo en cuenta la temperatura, se han desarrollado algunos materiales especiales cuya humedad también es un factor importante que afecta a la permitividad, ya que la Permitividad del agua es de 70

Las siguientes son las constantes dieléctrico (1mhz) de algunos materiales típicos:

Vacío 1,0

PTFE puro 2.1

Yeso 2 ï, 2 ï, 2,3

GX - ptfe2.55

Cianato / vidrio 3,2

Cianato / cuarzo 2,8 - 3,4

Cuarzo poliimida 3,5 - 3,8

Vidrio de poliimida 4.0 - 4.6

Vidrio de resina epoxi (fr4) 4.4 - 5.2

Aminas aromáticas no tejidas (aramida) 3.8 - 4.1

Aminas aromáticas (tejidos) 3,8 - 4,1

Relleno cerámico PTFE 6.0 - 10.2

Recubrimiento de espuma (patente arlon) 1,15 - 1,3

Agua 70,0

Para aplicaciones de alta velocidad y alta frecuencia, el material ideal es el medio de aire que envuelve la lámina de cobre.

Además de afectar directamente la velocidad de transmisión de la señal, la constante dieléctrica también determina en gran medida la resistencia característica. En diferentes partes, la coincidencia de resistencia característica es particularmente importante en la comunicación por microondas. Si se produce un desajuste de resistencia, el desajuste de resistencia también se llama vswr (relación de onda residente)

Ctr: debido a que la constante dieléctrica cambia con la temperatura y el material utilizado en las microondas suele estar al aire libre, incluso en entornos espaciales, CTR (coeficiente de variación de la constante dieléctrica con la temperatura) es un parámetro clave. Algunos PTFE rellenos con polvo cerámico pueden tener muy buenas propiedades, como clte

2. coeficiente de pérdida (df)

Además de la constante dieléctrica, el factor de pérdida también es un parámetro importante que afecta las propiedades eléctricas del material. la pérdida dieléctrica también se llama Corte de ángulo de pérdida, factor de pérdida, etc. se refiere a la pérdida de la señal en el medio o la pérdida de energía. esto se debe a que cuando las señales de alta frecuencia (cambian constantemente entre fases positivas y negativas) pasan por la capa dieléctrica, Las moléculas en el Medio intentan orientarse en función de estas señales electromagnéticas. Aunque, de hecho, debido a que estas moléculas están entrelazadas, no pueden orientarse realmente. Sin embargo, los cambios de frecuencia hacen que el marcador se mueva constantemente, generando grandes cantidades de calor y causando pérdidas de energía.

Sin embargo, algunos materiales, como el ptfe, no son polares, por lo que no se ven afectados por campos magnéticos y tienen pequeñas pérdidas. Del mismo modo, el factor de pérdida también está relacionado con la frecuencia y el método de prueba. La Ley general es que cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la pérdida. el ejemplo más intuitivo es el consumo de energía eléctrica en la transmisión. Si la pérdida de diseño del circuito es pequeña, la vida útil de la batería puede aumentar significativamente; Cuando se recibe la señal, la antena será más sensible a la pérdida de material y la señal será más clara.

La resina epoxi fr4 común (dk4.5) tiene una polar relativamente Fuerte. A 1 ghz, la pérdida es de aproximadamente 0025, mientras que el sustrato de PTFE (dk2.17) tiene una pérdida de 00009 en esta condición. la poliimida rellena de cuarzo tiene una baja constante dieléctrica y pérdida en comparación con la poliimida rellena de vidrio, ya que el contenido de silicio es puro.

La siguiente imagen muestra la estructura molecular del ptfe. Podemos ver que su estructura es muy simétrica, los enlaces C - F están estrechamente unidos y no hay grupos polares. Por lo tanto, la posibilidad de oscilar a medida que cambia el campo electromagnético es muy pequeña, lo que se manifiesta en las características eléctricas con pequeñas pérdidas.

3. coeficiente de expansión térmica (cte)

El coeficiente de expansión térmica se denomina generalmente cte, que es una de las propiedades termomecánicas importantes del material. Se refiere a la expansión del material cuando se calienta. La expansión real del material se refiere a cambios de volumen, pero debido a las características del sustrato, generalmente consideramos la expansión del plano (x -, y -) y la dirección vertical (z -), respectivamente. La expansión térmica del plano suele ser controlada por materiales de capa reforzada (como tela de vidrio, cuarzo, thermomont). la expansión longitudinal siempre está por encima de la temperatura de transición vítrea, lo cual es difícil de controlar. El Cte plano es esencial para la instalación de encapsulamientos de alta densidad. Si el chip (cte, que suele ser de 6 - 10 ppm / c) se instala en el PCB tradicional (cte18ppm / c), el PTFE suele llenar polvo cerámico, como clte y lcclte de arlon, y es la aplicación más representativa para fabricar paneles multicapa de 64 capas de satélites de comunicaciones globales.

4. conductividad térmica

En muchos campos de microondas, hay muchas aplicaciones de alta potencia, y las características de disipación de calor de los materiales pueden afectar en gran medida la fiabilidad de todo el sistema. Por lo tanto, también se debe considerar la conductividad térmica. También se pueden utilizar forros metálicos (bases de aluminio o cobre) para algunas aplicaciones especiales de alta fiabilidad y alto consumo de energía. Ejemplo de tipo de material: conductividad térmica W / mktfe / tela de vidrio diclad, cuclad0.26ptfe / polvo cerámico, tela de vidrio clte 0.5ar10000.65ad350i0.45 polvo cerámico relleno de material termostático 25N / fr0.45 material termostático 99n1.2fr-40.24-0.26

5. manufacturabilidad

Sabemos que los materiales de PTFE son difíciles de procesar, especialmente la metalización de agujeros, lo que requiere un tratamiento de plasma o naftalina sódica para mejorar su actividad. Además, el PTFE es un material termoplástico y el procesamiento de placas multicapa requiere altas temperaturas. Ahora se ha desarrollado un nuevo material de resina termorresistente de baja pérdida para circuitos de alta frecuencia, que puede procesar placas multicapa sin activación de plasma, como arlon25n / fr. En la actualidad, es ampliamente utilizado en lna, y la absorción de humedad también es un factor a tener en cuenta en el diseño de pa y antenas. En la medida de lo posible, se deben seleccionar materiales con poca absorción de humedad para que las características eléctricas sean más estables.

6. intermodulación pasiva (pim)

En el diseño frontal de radiofrecuencia, como antenas y filtros, se requiere un ajuste mutuo pasivo. Esto también está relacionado con el sustrato de pcb. Algunas empresas utilizan láminas de cobre específicas para mantener el tono mutuo pasivo dentro de un cierto rango. La siguiente tabla muestra la diferencia entre el ajuste mutuo pasivo de las tablas sin requisitos de ajuste mutuo pasivo y el ajuste mutuo pasivo de las tablas con requisitos específicos.

Materiales de PCB de radiofrecuencia de microondas Se selecciona principalmente a través de la constante dieléctrica., Pérdida, Cerámica de bajo costo y baja constante dieléctrica con bajo coeficiente de expansión térmica y conductividad térmica, Baja constante dieléctrica CTR, Número estable de PTFE rellenos termostáticos con pérdidas comerciales de bajo costo, Relleno cerámico de baja pérdida de PTFE.