微波技術 - 如何選擇RF PCB資料

隨著無線通訊和寬頻網路的發展, PCB不再是簡單地在一些絕緣基板上鋪設金屬線以實現電路的互連. 在許多情况下, RF PCB基板 金屬導體已經成為功能部件的一部分. 特別是在射頻應用中, 組件與PCB基板相互作用, 囙此，PCB設計和PCB製造對產品功能的影響越來越大. 如下圖所示, 典型的 微波RF PCB 都是組件.

我們的 RF PCB製造商 也更多地參與與射頻設計相關的事情, 特別是在高頻和高速訊號傳輸中. 類似地, 為了全面生產合格的高性能PCB，PCB設計者必須對PCB制造技術有深入的瞭解.

1.介電常數（DK）

介電常數（Dk，μï¼Er）决定了電信號在介質中傳播的速度。 電信號傳播的速度與介電常數的平方根成反比。 介電常數越低，訊號傳輸越快。 讓我們做一個視覺類比，就像你在海灘上跑步一樣。 水深淹沒了你的脚踝。 水的粘度是介電常數。 水越粘稠，介電常數越高，運行速度越慢。

介電常數不太容易量測或定義。 它不僅與介質本身的特性有關，還與測試方法、測試頻率以及測試前後資料的狀態有關。 介電常數也會隨著溫度的變化而變化。 考慮到溫度，已經開發了一些特殊資料濕度也是影響介電常數的一個重要因素，因為水的介電常數為70

以下是一些典型資料的介電常數（1Mhz）：

真空1.0

純PTFE 2.1

石膏2ï¼2ï½2.3

GX-PTFE2.55型型

氰酸酯/玻璃3.2

氰酸酯/石英2.8-3.4

聚醯亞胺石英3.5-3.8

聚醯亞胺玻璃4.0-4.6

環氧樹脂玻璃（FR4）4.4-5.2

無紡芳香胺（芳族聚醯胺）3.8-4.1

芳香胺（機織物）3.8-4.1

陶瓷填充PTFE 6.0-10.2

泡沫塗層（Arlon專利）1.15-1.3

水70.0

對於高速和高頻應用，理想的資料是包裹銅箔的空氣介質，

除了直接影響訊號的傳送速率之外，介電常數也在很大程度上决定了特性阻抗。 在不同的部分，特性阻抗匹配在微波通信中尤為重要。 如果發生阻抗失配，阻抗失配也稱為VSWR（駐波比）

CTEr：由於介電常數隨溫度而變化，而且微波中使用的資料通常在室外，即使在空間環境中，CTEr（介電常數與溫度的變化係數）也是一個關鍵參數。 一些填充有陶瓷粉末的PTFE可以具有非常好的特性，例如CLTE

2.損失係數（Df）

除了介電常數外，損耗因數也是影響資料電效能的一個重要參數。介電損耗也稱為損耗角正切、損耗因數等。它是指介質中訊號的損耗或能量損耗。這是因為當高頻訊號（它們在正相和負相之間不斷變換）通過介質層時， 介質中的分子試圖根據這些電磁訊號定向。 儘管事實上，由於這些分子是交聯的，它們不能真正定向。 然而，頻率的變化會導致記分員不斷移動，產生大量熱量，並造成能量損失。

然而，一些資料，如PTFE，是非極性的，囙此它們不會受到電磁場的影響，並且損失很小。 同樣，損耗因數也與頻率和測試方法有關。 一般規律是頻率越高，損耗越大。最直觀的例子是傳輸中的電能消耗。 如果電路設計損耗小，電池壽命可以顯著增加； 當接收到訊號時，天線將對資料損失更加敏感，訊號將更加清晰。

常用的FR4環氧樹脂（Dk4.5）具有相對强的極性。 在1GHz下，損耗約為0.025，而PTFE襯底（Dk2.17）在此條件下的損耗為0.0009。與玻璃填充聚醯亞胺相比，石英填充聚醯亞胺具有低的介電常數和損耗，因為矽含量是純的。

下圖顯示了PTFE的分子結構。 我們可以看到它的結構非常對稱，C-F鍵緊密結合，沒有極性基團。 囙此，隨著電磁場的變化而搖擺的可能性很小，這表現在損耗小的電力特性上。

3.熱膨脹係數（CTE）

熱膨脹係數通常縮寫為CTE，它是資料的重要熱機械效能之一。 它是指資料受熱時的膨脹。 實際的資料膨脹是指體積變化，但由於基底的特性，我們通常分別考慮平面（X-，Y-）和垂直方向（Z-）的膨脹。 平面的熱膨脹通常可以由增强層資料（如玻璃布、石英、Thermomont）控制。縱向膨脹始終高於玻璃化轉變溫度，這很難控制。 平面CTE對於安裝高密度封裝至關重要。 如果晶片（通常為6-10ppm/C的CTE）安裝在傳統PCB（CTE18ppm/C）上，PTFE通常填充陶瓷粉末，如Arlon公司的CLTE和LCCLTE，是製造全球通信衛星64層多層板的最具代表性的應用

4.導熱係數

在許多微波領域，有許多高功率應用，資料的散熱特性可以極大地影響整個系統的可靠性。 囙此，還應考慮熱導率。 對於一些特殊的高可靠性和高功耗應用，也可以使用金屬襯裡（鋁或銅基）。 資料類型示例：導熱性W/mkPTFE/玻璃布Diclad、Cuclad0.26PTFE/陶瓷粉末、玻璃布CLTE0.5AR10000.65AD350i0.45陶瓷粉末填充熱固性資料25N/FR0.45導熱資料99N1.2FR-40.24-0.26

5.可製造性

我們知道PTFE資料很難加工，尤其是孔金屬化，這需要电浆或萘鈉處理來提高其活性。 此外，PTFE是一種熱塑性資料，多層板的加工需要高溫。 現在，一種用於高頻電路的新型低損耗熱固性樹脂資料已經開發出來，它可以在沒有电浆啟動的情况下處理多層板，例如Arlon25N/FR。 現時，它廣泛應用於LNA，在PA和天線的設計中，吸濕性也是一個需要考慮的因素。 應盡可能選擇吸濕性小的資料，以便電力特性更穩定

6.無源互調（PIM）

在射頻前端設計中，如天線和濾波器，需要無源互調。 這也與PCB基板有關。 一些公司使用特定的銅箔將無源互調保持在一定範圍內。 下錶顯示了無無源互調要求的板的無源互調與有特定要求的板無源互調之間的差异。

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