Типы материалов PTFE для проектирования РЧ печатных плат

Дизайны печатных плат РЧ часто используют материалы на основе ПТФЭ с низкими потерями благодаря их очень низким диэлектрическим потерям и огромному диапазону возможных значений Dk. Эти материалы используют политетрафторэтилен (ПТФЭ) в качестве основного материала, но это не единственный компонент в этих ламинатах. Также используются армирование и наполнители, чтобы придать материалам ПТФЭ необходимые свойства.

Коммерчески доступные материалы на основе ПТФЭ предлагаются как с армированием, так и без него, но задача дизайнера - указать, что ему нужно, чтобы обеспечить надежность и функциональность. Прежде чем выбрать любой материал на основе ПТФЭ для вашей платы, убедитесь, что вы понимаете, как наполнители и армирование в ламинатах ПТФЭ влияют на работу вашей платы.

Компоненты материалов в ламинатах ПТФЭ

Материалы на основе ПТФЭ включают два основных компонента, определяющих их свойства:

• Армирование - обеспечивает жесткость
• Наполнитель - керамические порошки, используемые для создания необходимых свойств материала

Ламинаты ПТФЭ, используемые в печатных платах, используют керамические частицы в качестве наполнителя для создания свойств материала ламината. Точное влияние на свойства материала зависит от типа используемой керамики и ее содержания в субстрате, и это в значительной степени является интеллектуальной собственностью производителей ламината ПТФЭ.

Помимо использования керамических наполнителей для модификации тепловых, механических и электромагнитных свойств, ламинаты на основе PTFE могут включать укрепление в матрице PTFE.

Укрепление стеклотканью

Стеклотканевые укрепления являются стандартным типом укрепления, используемым в материалах на основе PTFE для радиочастотных печатных плат. Эти укрепления представляют собой те же стили тканого стекловолокна, которые используются в стандартных ламинатах на основе эпоксидной смолы и стекловолокна. Из-за меньшей жесткости материалов ламината PTFE по сравнению с FR4, укрепление может увеличить общую жесткость платы, если это необходимо для обеспечения надежности. Это также упрощает сверление через весь стек, включая гибридные стеки.

Типичные стили стекла, используемые для укрепления, включают:

• 1078
• 106
• 1080
• Распределенное/плоское стекло

В чем различие этих стилей ткани и как они создают различия в фазовом отклике по всей цепи? В общем, более открытые ткани создадут большее отклонение между вашим целевым фазовым откликом на межсоединении и фактическим (измеренным) фазовым откликом, что является классическим эффектом волоконной ткани. Это плохо для любой системы, чувствительной к фазе, такой как фазированные антенные решетки.

Если вам необходимо спроектировать и изготовить систему с целевой фазовой характеристикой с минимальным сдвигом, то следует использовать стеклопластик с разнесенным/плоским армированием или вовсе без армирования. Существуют также несвязанные стекловолокно и керамические армирования.

Армирование Несвязанным Стекловолокном

Существует также тип стекловолоконного армирования, который является полностью случайным. В этом материале на основе PTFE можно обычно найти тот же уровень механической жесткости, что и в ламинатах с тканевым армированием, но без того же уровня эффектов переплетения волокон, которые вы бы увидели в ламинате с тканевым армированием. Использование несвязанных стекловолокон в ламинатах PTFE гораздо менее распространено, поскольку не все производители предлагают этот вариант в своих материалах. Однако, если он предлагается (см. ниже), свойства материалов в тканевом и несвязанном армированных PTFE схожи.

Керамическое Армирование против Керамического Наполнения

Использование стекловолоконного армирования позволило использовать более тонкие материалы на основе PTFE в стеках печатных плат, что требует обеспечения жесткости в матрице PTFE. Однако стекло - не единственное доступное армирование; также используются керамические армирования для обеспечения жесткости. Эти армирования также выполняют ту же функцию, что и наполнители, но они не обеспечивают такого же рода механического усиления, как стеклянные ткани.

Я упоминаю керамику как усиление, потому что эти материалы иногда называют именно керамическими усилителями, а не просто керамической наполнительной массой. Керамическое усиление не содержит тканевой структуры, и поэтому в ламинате печатной платы не возникают эффекты волоконной ткани. Однако граница между керамическим усилением и керамическим наполнителем размыта, и некоторые поставщики могут использовать эти два термина как взаимозаменяемые. Будьте внимательны, чтобы проверить, есть ли значимая разница перед окончательным выбором материала.

Без усиления

Наконец, существуют ламинаты на основе ПТФЭ без усиления, которые содержат только наполнитель из керамических микрочастиц и добавки, но без других усилений. Многие из продуктов ламината на основе ПТФЭ, которые вы найдете в продаже, доступны как в усиленном, так и в неусиленном вариантах. Я думаю, что большинство конструкторов предполагают, что их ламинат на основе ПТФЭ будет без усиления, но если вы точно не укажете, что вам нужно, вы будете зависеть от запасов материалов вашего производственного предприятия.

Преимущества: Почему мы могли бы использовать невысокопрочный материал? Мы делаем это, если хотим исключить любую возможность создания эффектов волоконной ткани или смещения вдоль межсоединений в материале подложки. Это основное преимущество таких материалов, особенно для использования в системах с очень высокой частотой, например, в радарах. Также есть преимущества в радарах с высокой плотностью расширенных функций, которые могут использовать слепые переходные отверстия на наружных слоях, а именно:

• Устранение смещения по фазе согласованных РЧ линий
• Устранение узловых областей, где перекрываются волокна

Недостатки: Основной недостаток невысокопрочного материала на основе ПТФЭ заключается в его недостаточной жесткости до того, как он будет включен в стек и отвержден. Это может привести к неправильной регистрации слоев, особенно в отверстиях и площадках для сверления, что может вызвать некоторое незначительное несоответствие. На современных платах, о которых я упоминал выше, это может быть значительным источником потерь на возврате на очень высоких частотах.

Я не хочу говорить, что у этих материалов всегда будет большее смещение слоёв, но если ваш производитель не имеет опыта работы с этими материалами, возможно, у них будет большее смещение. Я слышал, как инженер по применению из компании Rogers описывал эти невысокопрочные ламинаты как «мокрые лапши», подразумевая, что они очень гибкие и могут изгибаться при добавлении в стек. Если вы собираетесь использовать невысокопрочные материалы, убедитесь, что ваш производитель имеет опыт работы с этими материалами.

Всякий раз, когда вам нужно спроектировать РЧ печатную плату с использованием любого типа ламината на основе ПТФЭ, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и мирового класса инструменты CAD в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде, инновационные компании используют платформу Altium 365™ для легкого обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните вашу бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.