Rodzaje materiałów PTFE do projektowania PCB RF

Projekty PCB RF często wykorzystują materiały na bazie PTFE o niskich stratach, dzięki ich bardzo niskim stratom dielektrycznym i ogromnemu zakresowi możliwych wartości Dk. Materiały te używają politetrafluoroetylenu (PTFE) jako materiału bazowego, ale nie jest to jedyny składnik tych laminatów. Wykorzystuje się również wzmocnienia i napełniacze, aby zaprojektować materiały PCB PTFE tak, aby miały wymagane właściwości materiałowe.

Dostępne komercyjnie materiały na bazie PTFE są dostępne z wzmocnieniem lub bez, ale to zadanie projektanta, aby określić, czego potrzebują, aby zapewnić niezawodność i funkcjonalność. Zanim wybierzesz jakikolwiek materiał na bazie PTFE dla swojej płytki, upewnij się, że rozumiesz, jak napełniacze i wzmocnienia w laminatach PTFE wpływają na działanie twojej płytki.

Składniki materiałowe w laminatach PTFE

Materiały na bazie PTFE zawierają dwa główne składniki materiałowe, które definiują ich właściwości materiałowe:

• Wzmocnienie - zapewnia sztywność
• Napełniacz - proszki ceramiczne używane do inżynierii właściwości materiałowych

Laminaty PTFE używane w PCB wykorzystują cząstki ceramiczne jako materiał napełniający, aby zaprojektować właściwości materiałowe materiału laminatu. Dokładne efekty na właściwości materiałowe zależą od rodzaju użytej ceramiki i jej zawartości w substracie, i to w dużej mierze stanowi własność intelektualną producentów laminatów PTFE.

Oprócz stosowania napełniaczy ceramicznych do inżynierii właściwości termicznych, mechanicznych i elektromagnetycznych, laminaty na bazie PTFE mogą zawierać wzmocnienie w macierzy PTFE.

Wzmocnienie Siatką Szklaną

Wzmocnienia szklane są standardowym wzmocnieniem używanym w materiałach na bazie PTFE dla PCB RF. Są to te same style tkanej tkaniny szklanej, które znajdują się w standardowych laminatach epoksydowo-szklanych. Ze względu na niższą sztywność materiałów laminatowych PTFE w porównaniu do FR4, wzmocnienie może zwiększyć ogólną sztywność płytki, jeśli jest to wymagane do zapewnienia niezawodności. Ułatwia to również wiercenie przez cały układ, w tym w układach hybrydowych.

Typowe style szkła używane do wzmocnienia to:

• 1078
• 106
• 1080
• Rozprzestrzenione/płaskie szkło

Jak różnią się te style tkania i jak tworzą różnice w odpowiedzi fazowej w obwodach? Ogólnie, bardziej otwarte tkaniny będą tworzyć większe odchylenia między docelową odpowiedzią fazową na połączeniu, a rzeczywistą (zmierzoną) odpowiedzią fazową, co jest klasycznym efektem włókna tkaniny. Jest to niekorzystne dla każdego systemu wrażliwego na fazę, takiego jak układy fazowe.

Jeśli potrzebujesz zaprojektować i wyprodukować system z docelową odpowiedzią fazową przy minimalnym skosie, powinieneś użyć wzmocnienia ze szkła rozprzestrzenionego/płaskiego lub w ogóle bez wzmocnienia. Dostępne są również wzmocnienia z włókna szklanego niesplecionego i ceramiczne.

Wzmocnione włóknem szklanym niesplecionym

Istnieje również rodzaj wzmocnienia szklanego, który jest całkowicie losowy. W tym materiale na bazie PTFE można zwykle znaleźć ten sam poziom sztywności mechanicznej, co w laminatach wzmacnianych tkaniną, ale bez tego samego poziomu efektów splotu włókien, które widziałbyś w laminacie wzmacnianym tkaniną. Użycie szkła niesplecionego w laminatach PTFE jest znacznie mniej powszechne, ponieważ nie wszyscy producenci oferują tę opcję w swoich materiałach. Jednakże, jeśli jest oferowana (patrz poniżej), właściwości materiałowe w PTFE wzmacnianym tkaniną i niesplecionym są podobne.

Wzmocnione ceramiczne vs. Wypełnione ceramiczne

Użycie wzmocnień szklanych umożliwiło stosowanie cieńszych materiałów na bazie PTFE w układach PCB, co wymaga wzmocnienia sztywności w macierzy PTFE. Jednak szkło to nie jedyny dostępny materiał wzmocnienia; używane są również wzmocnienia ceramiczne, które również zapewniają tę samą funkcję co wypełniacze, ale nie zapewniają tego samego rodzaju wzmocnienia mechanicznego, co sploty szklane.

Podnoszę kwestię ceramiki jako wzmocnienia, ponieważ te materiały czasami są określane konkretnie jako wzmocnienia ceramiczne, a nie tylko wypełnienie ceramiczne. Wzmocnienie ceramiczne nie zawiera stylu splotu, więc nie występują efekty splotu włókien w laminacie PCB. Jednak granica między wzmocnieniem a wypełnieniem ceramicznym jest niejasna i niektórzy dostawcy mogą używać tych dwóch terminów zamiennie. Bądź ostrożny, aby sprawdzić, czy istnieje znacząca różnica przed ostatecznym wyborem materiału.

Niewzmocnione

Ostatecznie, istnieją niewzmocnione laminaty PTFE, które zawierają tylko ceramiczne mikrocząstki wypełniające i dodatki, ale nie zawierają innych wzmocnień. Wiele produktów laminatów na bazie PTFE, które znajdziesz, jest dostępnych w wariantach wzmocnionych lub niewzmocnionych. Myślę, że większość projektantów zakłada, że ich laminat PTFE będzie niewzmocniony, ale jeśli dokładnie nie określisz, czego potrzebujesz, będziesz zdany na zapasy materiałów swojego zakładu produkcyjnego.

Zalety: Dlaczego użylibyśmy materiału niewzmocnionego? Zrobilibyśmy to, jeśli chcielibyśmy wyeliminować jakąkolwiek możliwość, że wzmocnienie stworzy efekty tkaniny włóknistej lub skosu wzdłuż połączeń w materiale podłoża. To jest główna zaleta tych materiałów, szczególnie do użytku w systemach o bardzo wysokiej częstotliwości, takich jak radar. Istnieją również korzyści w zaawansowanych radarach o wysokiej gęstości, które mogą używać ślepych przelotek na zewnętrznych warstwach budowy, a mianowicie:

• Eliminacja skosu wzdłuż linii RF dopasowanych fazowo
• Eliminacja obszarów zgrubień, gdzie włókna się nakładają

Wady: Główną wadą materiału na bazie PTFE bez wzmocnienia jest jego brak sztywności przed zastosowaniem go w stosie i utwardzeniem. Może to skutkować niezgodnością warstw, szczególnie w otworach wiertniczych i padach, co może prowadzić do pewnego nieznacznego niezgodności. Na współczesnych płytach, o których wspomniałem powyżej, może to być znaczące źródło strat zwrotnych przy bardzo wysokich częstotliwościach.

Nie chcę twierdzić, że te materiały zawsze będą miały większe przesunięcia rejestracji, ale jest możliwe, że mogą mieć większe przesunięcia, jeśli Twoja firma produkcyjna nie ma doświadczenia w pracy z tymi materiałami. Słyszałem, jak inżynier aplikacji z firmy Rogers opisywał te niezbrojone laminaty jako "mokre makarony", co oznacza, że są bardzo giętkie i mogą się zginać podczas dodawania do stosu. Jeśli zamierzasz używać niezbrojonych, upewnij się, że Twój producent ma doświadczenie w obsłudze tych materiałów.

Kiedykolwiek potrzebujesz zaprojektować płytę PCB RF z jakimkolwiek materiałem laminatu PCB na bazie PTFE, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby zaimplementować współpracę w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Przedstawiliśmy tylko niewielką część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.