高頻材料的選擇條件

2020-12-05 電子產品世界

隨著通信市場的飛速發展，產品技術不斷革新，高頻高速信號對材料的的要求也日益增加，不管是設計師還是PCB製造者，都在面臨選擇—適當的材料，滿足高頻信號特性，但製造加工容易，成本較低。

本文引用地址：

http://www.eepw.com.cn/article/259627.htm

高頻材料選擇的條件

1. 介電常數（Dk， ε，Er)

介電常數通常根據特定的電路設計及功能所定，直接影響PCB結構(厚度，特性阻抗等)。

介電常數決定了電信號在該介質中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數平方根成反比。介電常數越低，信號傳送速度越快。我們作個形象的比喻，就好想你在海灘上跑步，水深淹沒了你的腳踝，水的粘度就是介電常數，水越粘，代表介電常數越高，你跑的也越慢。

介電常數除了直接影響信號的傳輸速度以外，還在很大程度上決定特性阻抗，在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信裡尤為重要.如果出現阻抗不匹配的現象，阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比)。

CTEr：由於介電常數隨溫度變化，而微波應用的材料又常常在室外，甚至太空環境，所以CTEr(Coefficenc of Thermal of Er，介電常數隨溫度的變化係數)也是一個關鍵的參數.一些陶瓷粉填充的PTFE能夠有非常好的特性。

2. 介質損耗

這是在高頻設計中更為苛刻的要求，你可以根據介電常數進行調整，但不可以圍繞損耗進行調整。

損耗因子是影響材料電氣特性的重要參數。介電損耗也稱損耗正切，損耗因子等，它是指信號在介質中丟失，也可以說是能量的損耗。這是因為高頻信號(它們不停地 在正負相位間變換)通過介質層時，介質中的分子試圖根據這些電磁信號進行定向，雖然實際上，由於這些分子是交聯的，不能真正定向。但頻率的變化，使得分子 不停地運動，產生大量的熱，造成了能量的損耗。而有些材料，如PTFE的分子是非極性的，所以不會受電磁場的影響變化，損耗也就較小。同樣，損耗因子也跟 頻率和測試方法有關.一般規律是在頻率越高，損耗越大。

常用的FR4環氧樹脂(Dk4.5)極性相對較強，在1GHz下，損耗約0.025，而PTFE基材(Dk2.17)在此條件下的損耗是0.0009。石英填充的聚醯亞胺與玻璃填充的聚醯亞胺相比，不僅介電常數低，而且損耗也較低，因為矽的含量較純。

3. 厚度變化

基材厚度也是決定特性阻抗的重要因素，同時在高頻設計中，還影響層間信號的幹擾。

4．材料的可加工性

這決定PCB加工成本。目前大量用於LNA，PA 和天線設計中。吸潮性也是一個考慮因素。儘可能選用吸潮小的材料，電氣特性更加穩定。

5．材料的熱膨脹係數

它是材料的重要熱機械特性之一，指材料受熱的情況下膨脹的情況。實際的材料膨脹是指體積變化，但由於基材的特性，我們往往分別考慮平面(X-， Y-)和垂直方向的膨脹(Z-)。

平面的熱膨脹常常可以通過增強層材料加以控制，(如玻璃布，石英， Thermount )， 而縱向的膨脹總是在玻璃轉化溫度以上難以控制。

ARLON的25系列材料特性

ARLON的25N/25FR系列材料屬於陶瓷填充的石蠟，玻璃纖維增強的材料，由於石蠟分子結構本身的對稱性，沒有明顯的極性基團，使得在高頻電磁波的環境下，呈現較低的損耗特性.這種材料結合了低損耗的特性，以及陶瓷填充材料的低膨脹特性.

電氣特性

25N/FR具有良好的電氣特性，主要表現在低介電常熟，低損耗因子，介電常數在溫度變化的情況下相對穩定，從而作為無線和數字通信理想的材料，其應用包括行動電話，轉換器，低噪聲放大器等。

與其他材料的比較

什麼時候選用25FR/N 產品

1.用戶對損耗提出要求時
2.成本上無法採用PTFE，尤其是需要做多層板時
3.PCB廠家不具備PTFE加工生產能力時

實例

25N/FR已經被廣泛的採用在通訊領域

結論

隨著高速信號的發展，我們可以預見類似材料越來越多的被廣泛採用。

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