Các Loại Vật Liệu PTFE Dành Cho Thiết Kế PCB RF

Thiết kế PCB RF thường sử dụng vật liệu dựa trên PTFE có tổn thất thấp nhờ vào tổn thất điện môi rất thấp và phạm vi giá trị Dk rộng lớn. Những vật liệu này sử dụng polytetrafluoroethylene (PTFE) làm vật liệu cơ bản, nhưng đây không phải là thành phần duy nhất trong các vật liệu laminate này. Còn có các thành phần tăng cường và chất độn được sử dụng để kỹ thuật vật liệu PCB PTFE có các tính chất vật liệu cần thiết.

Vật liệu dựa trên PTFE có sẵn trên thị trường có thể có hoặc không có sự tăng cường, nhưng đó là trách nhiệm của nhà thiết kế để chỉ định những gì họ cần để đảm bảo độ tin cậy và chức năng. Trước khi bạn chọn bất kỳ vật liệu dựa trên PTFE nào cho bảng mạch của mình, hãy đảm bảo bạn hiểu cách chất độn và sự tăng cường trong laminate PTFE ảnh hưởng đến hoạt động của bảng mạch của bạn.

Thành phần vật liệu trong Laminate PTFE

Vật liệu dựa trên PTFE bao gồm hai thành phần vật liệu chính định nghĩa tính chất vật liệu của chúng:

• Tăng cường - cung cấp độ cứng
• Chất độn - bột gốm được sử dụng để kỹ thuật tính chất vật liệu

Laminate PTFE được sử dụng trong PCB sử dụng hạt gốm làm vật liệu chất độn để kỹ thuật tính chất vật liệu của vật liệu laminate. Các ảnh hưởng cụ thể đến tính chất vật liệu phụ thuộc vào loại gốm được sử dụng và nội dung của nó trong vật liệu nền, và điều này chủ yếu là tài sản trí tuệ của các nhà sản xuất laminate PTFE.

Ngoài việc sử dụng các chất độn gốm để kỹ thuật hóa các tính chất nhiệt, cơ và điện từ, các lớp phủ dựa trên PTFE có thể bao gồm cả sự cố định trong ma trận PTFE.

Cố định bằng Sợi Thủy Tinh

Cố định bằng sợi thủy tinh là một loại cố định tiêu chuẩn được sử dụng trong các vật liệu dựa trên PTFE cho các PCB RF. Các loại cố định này là cùng một kiểu vải sợi thủy tinh dệt được tìm thấy trong các lớp phủ epoxy-fiberglass tiêu chuẩn. Do độ cứng thấp hơn của vật liệu lớp phủ PTFE so với FR4, cố định có thể tăng độ cứng tổng thể của bảng mạch nếu điều đó cần thiết để đảm bảo độ tin cậy. Nó cũng đơn giản hóa việc khoan xuyên qua một chồng lớp, bao gồm cả trong chồng lớp hỗn hợp.

Các kiểu sợi thủy tinh điển hình được sử dụng để cố định bao gồm:

• 1078
• 106
• 1080
• Sợi thủy tinh phẳng/mở rộng

Các kiểu dệt này khác nhau như thế nào và chúng tạo ra sự khác biệt như thế nào trong phản ứng pha trên các mạch? Nói chung, các dệt mở hơn sẽ tạo ra sự lệch lớn hơn giữa phản ứng pha mục tiêu của bạn trên một kết nối liên lạc, và phản ứng pha thực tế (đo được), đó là hiệu ứng sợi dệt cổ điển. Điều này không tốt cho bất kỳ hệ thống nhạy cảm với pha nào, như mảng pha.

Nếu bạn cần thiết kế và sản xuất một hệ thống với phản hồi pha mục tiêu với độ lệch tối thiểu, thì bạn nên sử dụng cốt sợi kính phân tán/phẳng, hoặc không sử dụng cốt sợi nào cả. Cũng có cốt sợi kính không dệt và cốt sợi gốm.

Cốt Sợi Kính Không Dệt

Cũng có một loại cốt sợi kính hoàn toàn ngẫu nhiên. Trong vật liệu dựa trên PTFE này, bạn có thể tìm thấy mức độ cứng cơ học tương tự như bạn sẽ tìm thấy trong các lớp phủ cốt sợi dệt, nhưng không có mức độ ảnh hưởng của sợi dệt bạn sẽ thấy trong một lớp phủ cốt sợi dệt. Việc sử dụng kính không dệt trong các lớp phủ PTFE ít phổ biến hơn vì không phải tất cả các nhà sản xuất đều cung cấp lựa chọn này trong vật liệu của họ. Tuy nhiên, nếu nó được cung cấp (xem bên dưới), các tính chất vật liệu trong PTFE cốt sợi dệt và không dệt tương tự nhau.

Cốt Sợi Gốm so với Điền Gốm

Việc sử dụng cốt sợi kính đã cho phép sử dụng vật liệu dựa trên PTFE mỏng hơn trong chồng PCB, yêu cầu độ cứng được thực thi trong ma trận PTFE. Tuy nhiên, kính không phải là cốt sợi duy nhất có sẵn; cốt sợi gốm cũng được sử dụng để cung cấp độ cứng. Những cốt sợi này cũng cung cấp cùng một chức năng như chất độn, nhưng chúng không cung cấp cùng một loại cốt sợi cơ học như sợi kính.

Tôi đề cập đến gốm như một loại vật liệu tăng cường bởi vì những vật liệu này đôi khi được chỉ định cụ thể là tăng cường bằng gốm, không chỉ là lấp đầy bằng gốm. Tăng cường bằng gốm không chứa kiểu dệt, và do đó bạn sẽ không có hiệu ứng dệt sợi trong lớp cách điện PCB. Tuy nhiên, ranh giới giữa tăng cường bằng gốm và lấp đầy bằng gốm là mờ nhạt và một số nhà cung cấp có thể sử dụng hai thuật ngữ này một cách có thể thay thế cho nhau. Hãy cẩn thận kiểm tra xem có sự khác biệt có ý nghĩa trước khi hoàn thiện việc lựa chọn vật liệu.

Không tăng cường

Cuối cùng, có các lớp cách điện PTFE không tăng cường, chỉ chứa chất lấp đầy vi hạt gốm và phụ gia, nhưng không có vật liệu tăng cường khác. Nhiều sản phẩm lớp cách điện dựa trên PTFE bạn sẽ tìm thấy có sẵn ở dạng được tăng cường hoặc không tăng cường. Tôi nghĩ hầu hết các nhà thiết kế giả định rằng lớp cách điện PTFE của họ sẽ không được tăng cường, nhưng trừ khi bạn chỉ định chính xác những gì bạn cần, bạn sẽ phụ thuộc vào kho vật liệu của nhà sản xuất của bạn.

Lợi ích: Tại sao chúng ta lại sử dụng vật liệu không cốt liệu? Chúng ta sẽ làm điều này nếu muốn loại bỏ bất kỳ khả năng nào của việc cốt liệu tạo ra hiệu ứng sợi dệt hoặc lệch pha dọc theo các kết nối liên kết trong vật liệu nền. Đây là lợi ích chính của các vật liệu này, đặc biệt là khi sử dụng trong các hệ thống tần số cao rất cao như radar. Cũng có lợi ích trong radar tiên tiến mật độ cao có thể sử dụng via mù trên các lớp xây dựng bên ngoài, cụ thể là:

• Loại bỏ lệch pha trên các đường RF khớp pha
• Loại bỏ các khu vực nút gối nơi các sợi dây chồng lên nhau

Nhược điểm: Nhược điểm chính của vật liệu dựa trên PTFE không cốt liệu là thiếu độ cứng trước khi nó được áp dụng vào một chồng lớp và được chữa lành. Điều này có thể dẫn đến sự không đăng ký lớp với lớp, đặc biệt là trong các lỗ khoan và pad, có thể có một số sự không chính xác nhỏ. Trên các bảng mạch hiện đại mà tôi đã đề cập ở trên, điều này có thể là nguồn gốc đáng kể của sự mất mát trở lại ở các tần số cao rất cao.

Tôi không muốn nói rằng những vật liệu này luôn có sự lệch đăng ký lớn hơn, nhưng có khả năng chúng sẽ có sự lệch đăng ký lớn hơn nếu nhà sản xuất của bạn không có kinh nghiệm làm việc với những vật liệu này. Tôi đã nghe một kỹ sư ứng dụng từ Rogers mô tả những lớp phủ không được củng cố này như là "mì ướt", có nghĩa là chúng rất mềm và có thể uốn cong khi được thêm vào bộ xếp chồng. Nếu bạn định sử dụng loại không được củng cố, hãy đảm bảo rằng nhà sản xuất của bạn có kinh nghiệm trong việc xử lý những vật liệu này.

Bất cứ khi nào bạn cần thiết kế một PCB RF với bất kỳ loại vật liệu PCB dựa trên PTFE nào, hãy sử dụng bộ đầy đủ các tính năng thiết kế PCB và công cụ CAD hàng đầu thế giới trong Altium Designer®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.