Công nghệ vi sóng - Vật liệu chính cho bảng mạch PCB tần số cao

Bảng mạch PCB tần số cao là một thành phần quan trọng của mạch RF/vi sóng và về cơ bản là điểm khởi đầu cho các mạch này. Vật liệu PCB có nhiều dạng khác nhau và việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc rất nhiều vào các yêu cầu của ứng dụng dự kiến. Ví dụ, các vật liệu hỗ trợ đáng tin cậy các mạch tần số cao trong các sản phẩm không dây thương mại có thể nhanh chóng thất bại khi đi vào các tình huống khắc nghiệt trong môi trường quân sự. Sự hiểu biết cơ bản về loại vật liệu PCB và các thông số của nó giúp kết hợp vật liệu và ứng dụng.

Giá trị DK của vật liệu PCB sẽ ảnh hưởng đến kích thước, bước sóng và trở kháng đặc trưng của đường truyền được sản xuất trên vật liệu này. Ví dụ, đối với trở kháng đặc trưng và bước sóng nhất định, kích thước của đường truyền được sản xuất trên vật liệu PCB có giá trị DK cao sẽ nhỏ hơn nhiều so với đường truyền được sản xuất trong vật liệu PCB có giá trị DK thấp (mặc dù các thông số vật liệu khác có thể khác nhau). Các nhà thiết kế mạch có tổn thất là thông số hiệu suất quan trọng thường thích vật liệu PCB có giá trị DK thấp hơn vì chúng có tổn thất thấp hơn vật liệu có giá trị DK cao hơn.

Trên thực tế, vật liệu PCB có thể mất điện tín hiệu theo bốn cách: mất điện môi, mất dây dẫn, rò rỉ và mất bức xạ, mặc dù mất điện môi và mất dây dẫn có thể được kiểm soát tốt hơn bằng cách chọn vật liệu PCB. Ví dụ, tham số Df cung cấp một cách để so sánh tổn thất điện môi của các vật liệu khác nhau, trong đó giá trị Df thấp hơn đại diện cho một vật liệu có tổn thất điện môi thấp hơn.

Đối với bất kỳ vật liệu PCB thương mại nào, các giá trị CTE riêng biệt thường được liệt kê cho cả ba trục (X, Y và Z). CTE cung cấp bằng chứng về cách một số vật liệu PCB xử lý nhiệt độ khắc nghiệt, chẳng hạn như trong quá trình hàn. Ví dụ, giá trị CTE của vật liệu được sử dụng trong cấu trúc nhiều lớp không khớp, điều này có thể dẫn đến các vấn đề về độ tin cậy vì kích thước của các lớp mạch khác nhau thay đổi theo nhiệt độ. Người ta thường cho rằng vật liệu PCB có giá trị CTE thấp hơn có độ ổn định nhiệt mạnh hơn so với vật liệu có giá trị CTE cao hơn. Vật liệu mạch với CTE 70 PPM/° C được coi là khá mạnh mẽ để sử dụng trên một phạm vi nhiệt độ rộng và sẽ có thể đối phó với nhiệt độ khắc nghiệt của việc sản xuất và lắp ráp mạch.

Từ vật liệu FR-4 chi phí thấp đến vật liệu dựa trên PTFE đắt tiền, một loạt các vật liệu được sử dụng trong RF/Microwave PCB. Một bảng mạch bao gồm vật liệu FR-4 về cơ bản là một tấm laminate của nhựa epoxy gia cố bằng thủy tinh, trong khi vật liệu PTFE thường được gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc chất độn gốm (mặc dù PCB dựa trên PTFE tinh khiết cũng được sử dụng). Sự khác biệt về hiệu suất giữa hai vật liệu cực đoan này cho thấy sự đánh đổi phải được thực hiện giữa chi phí và tính chất của vật liệu PCB và giữa tính dễ gia công của FR-4 và tính khó gia công của vật liệu PTFE.