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微波介电基板材料与选择_杨维生

2021-03-29 20:32:06浏览: 76次 来源:网络整理 作者:佚名

2015年覆铜箔层压板信息第一章随着现代信息技术的革命,数字电路已逐渐进入高速信息处理和高频信号传输的阶段。为了处理不断增加的数据,电子设备的频率越来越高。因此,在满足传统设计和制造要求的基础上,对微波介电电路基板材料的性能提出了新的要求。考虑到施加到印刷电路板上的信号必须使用高频这一事实,如何减少电路板上的传输损耗和信号延迟已经成为高频电路设计和制造中的难题。在设计微波电路时,需要掌握印刷电路板质量的一些知识,尤其是在为特定应用选择微波电路基板材料时。如今的微波电路设计人员比他们的前辈更加快乐,因为有很多商业产品可以选择微波介电电路基板材料,这既有优点也有缺点。由于选择太多,使选择过程变得困难,因此许多设计人员首先将相对介电常数(Dk)作为关键的筛选参数。研究表明,某些基本材料性能可能会导致印刷电路板中使用的介电电路基板的标称Dk出现偏差。例如,产品数据表上列出的参数值基于特定的材料厚度和铜箔类型。但是银河国际 ,由不同材料供应商提供的同一产品通常具有不同的介电层厚度和铜箔厚度,并且介电常数随介电层厚度和铜箔厚度而变化。

实际上,即使铜箔的表面粗糙度也会影响Dk值。另外,随着设计水平的逐步提高,诸如微波介电电路基板材料的可加工性差异,金属化孔的质量和可靠性以及层间介电层的多层变形等因素将变得日益突出。给出微波电路设计的材料选择。来得更困惑。 2微波介电电路基板材料的介绍在微波介电电路基板的研发和市场化过程中,全球相关供应商推出了众多产品品牌。但是,仔细研究基材的组成无非是树脂体系,玻璃纤维增​​强,陶瓷粉末改性等方面。主要分为以下几类:1)玻璃纤维增​​强聚四氟乙烯树脂系列; 2)陶瓷粉末填充聚四氟乙烯树脂系列; 3)陶瓷粉末填充热固性树脂系列。 2.1玻璃纤维增​​强聚四氟乙烯树脂系列微波介电基板材料及其选择南京电子科技大学杨维生:本文重点研究现代通信中的微波复合介电电路基板材料。在对微波复合介电电路基片材料进行分类的基础上,阐述了相关微波复合介电电路基片材料的选择。关键字:选择;微波;基材覆铜箔层压板印刷电路板技术13覆铜箔层压板信息2015年第一玻璃短纤维增强PTFE树脂系列性能表性能Rogers RT / duroid 5880 RT / duroid 5870介电常数2.20.02 2.33损耗因子0.0009 0.0012 2玻璃纤维增​​强的聚四氟乙烯树脂系列性能表性能Rogers台州王凌ULTRALAM 2000 DiClad 880 TLY-5A F4BM-2 F4B-2介电常数2.60〜04 2.20 2.17 2.2 2.6耗散因数0.0019 0.0009 0.0009 0.0001 0.001微波基体材料的电学特性。

就改善高速传输而言,为了实现传输信号的低损耗和低延迟,必须选择介电常数和介电损耗角正切较小的树脂基板材料。在所有树脂中,PTFE具有最小的介电常数和介电损耗角正切,并具有良好的高低温和耐老化性。它最适合用作微波复合电路基板材料,并且是目前使用最广泛的微波电路板制造基板材料。根据玻璃纤维增​​强方法,玻璃纤维增​​强聚四氟乙烯树脂系列微波复合介电电路基板可分为两类:短玻璃纤维增​​强和玻璃机织物增强。首先,短玻璃纤维增​​强材料是罗杰斯公司的专利产品。其产品主要包括RT / duroid5870。其次,玻璃纤维机织织物加固是世界上许多公司选择的方法。对于相关的性能指标,请选择几个常见的供应商品牌。下表2.2陶瓷粉末填充的PTFE树脂系列微波和高速传输微波复合介电电路基板材料,在玻璃纤维增​​强的基础上,考虑到实现产品耐热性等性能指标,经常通过通过向聚四氟乙烯树脂体系中添加陶瓷粉末材料来实现。陶瓷粉末填充聚四氟乙烯树脂系列微波复合电介质电路基板的性能,请在下表中选择几个常用的供应商品牌。2.3陶瓷粉末填充热固性树脂系列微波和高速传输微波复合电介质电路基板的材料,除聚脂外利用四氟乙烯树脂体系,还有其他热固性树脂系列(通常与陶瓷粉末填充技术结合使用)来提供介电基材材料。

就价格/性能比而言,它为民用通信市场带来了无线活力。陶瓷粉末填充热固性树脂系列微波复合电介质电路基板的性能,请在下表中选择几个常用的供应商品牌。3微波介质层压电路基板的选择要求通常应考虑微波介质电路基板的选择3陶瓷粉末填充的聚四氟乙烯树脂系列性能表的性能罗杰斯·泰州王凌RT / duroid6002 CLTE-XT TSM-DS F4XT-2介电常数2.940.04 2.94 2.85 2.94耗散因数0.0012 0.00120 0.0001 001覆铜箔层压板印刷电路板技术14 2015 CCL中考虑的因素包括:电气性能,温度稳定性,频率稳定性和热膨胀系数。电气性能要求是微波电路设计的基础,此处未显示。温度稳定性是指介电常数随温度变化的稳定性程度。当设计对温度变化更敏感的电路(例如带通滤波器,压控振荡器和天线)时,随温度变化很大的材料会引起很多问题。该材料在-50至150的温度下循环三遍,以消除PTFE材料中常见的内部应力和滞后现象。频率稳定性是指介电常数随频率变化的10GHz范围内的测量。高频介电板的介电常数变化很小,从500MHz到1%。 PTFE材料在该频率范围内为5%,而FR-4材料的变化很大,从500MHZ 8GHz下降了7%。

热膨胀系数是材料随温度变化的机械性能的量度。 IPC-TM-650 24指定了电路板CTE的测量方法。随着温度的变化,介电板的尺寸将略有变化。其中,Z轴方向的变化更为关键,因为它直接影响金属化孔的可靠性。 Z轴方向上的尺寸变化将使孔的金属断裂。当温度低时,厚度的热膨胀基本上线性变化。当温度上升到一定值时,厚度会急剧变化。该温度称为介电材料的玻璃化转变温度Tg。对于环氧板,玻璃化转变温度Tg值非常重要。高频板的Tg值较高,例如ROGERS材料通常高于280。CTETg将影响金属化孔的可靠性。设计人员了解介电板的Tg之下和之上的CTE值,以便更好地确定材料是否可以满足设计温度要求。在选择微波介电电路基板材料时,除了上述介电特性之外,还必须考虑诸如表面铜箔的类型和厚度,环境适应性和可加工性等因素。当然,也存在成本问题。 4微波介电电路基板材料的选择为了响应新兴的通信市场需求,微波介电电路基板材料的应用日益增加。以下将围绕选择中心并简要描述一个或两个。 4.1高速数字电路基板的材料选择随着诸如微处理器和信号转换器之类的组件的运行速度达到每秒数十亿次,数字电路继续达到更高的运行速度。

尽管诸如传输线阻抗的不连续和多层印刷电路板的金属化孔的缺陷等因素会对高速数字电路产生不利影响,但电路基板材料的选择不当也会导致高速数字电路的性能很差。影响。随着数字电路工作速度的不断提高,如果使用某些通用的FR-4基板材料来处理这些电路微波基板介质,由于各种原因,最终性能将无法实现。选择高速数字电路印制板材料的主要指标包括介电常数,损耗因子和介电层厚度。另外,对于印制板材料,色散是与介电常数密切相关的材料特性。所有印制板材料都会产生一定程度的色散,因为印制板材料的介电常数值会随频率变化。对于高速数字信号,如果印制板材料填充有4种填充陶瓷粉的热固性树脂系列性能表,性能Rogers RO4003C RO4350B 25G介电常数3.380.04 3.480.04 3.38损耗因子0.0027 0.0037 0 .0027覆铜箔层压板技术15覆铜箔层压板信息2015第五高温和抗氧化基材材料RO 4835 RO 4835(新产品)RO 4350B(旧型号)Dk @ 10GHZ 3.480.05 3.48f0.05 .0037 @ 10GHZ 0.0037@10GHZ热膨胀系数(X / Y / Z)11/9/26 14/16/35吸水率0.05%0.06%导热系数0.56 0.62介电常数不同频率的谐波分量呈现不同的值,这将导致谐波分量产生一定程度的变化损耗,甚至频率偏差,都会导致高速数字信号的性能下降。

罗杰斯公司(Rogers Corporation)提供的RO4003 TM印刷电路板基板材料是陶瓷粉末填充的玻璃纤维增​​强的碳氢化合物层压板。在10GHz时,该模型的纵向方向为0027。该材料的Dk频率稳定性极佳,其偏差小于0.05。鉴于RO4003 TM印刷电路板材料的Dk值稳定,该材料已应用于毫米波段的宽带模拟电路以及失真高达25Gb / s的高速数字电路。 4.2印刷电路天线基板材料的选择印刷电路天线是通过制造由绝缘材料制成的层压板制成的,该层压板的一侧或两侧覆盖有铜箔。介电衬底材料可以包含玻璃纤维,陶瓷粉末或其他填充材料以改善电和机械稳定性。如何为印刷电路天线选择合适的微波介电电路基板材料台湾宾果28开奖 ,设计人员必须在了解电气性能,尺寸和重量等应用要求的基础上,着重研究基板材料的介电常数,损耗,热膨胀系数和其他指标。简而言之,使用低介电常数的基板材料来制造印刷电路天线通常意味着使用可以提供更高天线增益的低损耗材料。但是,低介电常数天线基板材料的选择也会影响天线的性能。尺寸。 RT / duroid 6002 PTFE复合介电基板材料是罗杰斯公司(Rogers Corporation)的荣誉产品,在10GHz时的相对介电常数为04,损耗因子为0012,其轴向低热膨胀系数为24ppm /。

尽管其具有优异的电性能,但是由这种基板材料制成的印刷电路天线的尺寸大于介电常数较高的基板材料的尺寸。此外,罗杰斯(Rogers)的商用基材RO 3200系列是一种低成本的玻璃纤维填充布增强的陶瓷粉末填充基材。在10GHz频率下亚博官网vip ,它可以提供三种介电常数,每种介电常数均为1 5、 1 0. 2,从而使天线设计人员可以根据最终电路尺寸和性能考量做出合理的选择。 4.3耐高温和抗氧化性能强的基材的选择随着现代汽车工业的迅猛发展,防撞和倒车雷达的频率为24GHz。因此,满足此要求的微波基板材料必须接受长期高温氧化环境。对于传统的微波基板材料,长期氧化会导致基板材料Dk Df略有增加。因此,罗杰斯公司开发了RO4835 RO4350B,该产品显着提高了其抗氧化性。材料性能比较如下表所示。 4. 4高导热性基板材料的选择对于任何微波印刷电路板,热量都是由电路组件(例如大功率晶体管)产生的,它们遵循常见的传热模式-从热源到印刷电路板的散热器或冷却器电路板。因此,微波介电电路基板材料的特性与印刷电路板上的热传递趋势以及所得的导电覆铜层压板密切相关。印刷板技术16覆铜箔层压板信息2015将与热模式密切相关。

随着对移动基础设施需求的增长,印制板的低处理成本对于所用的材料非常重要,多层设计也已成为确保提高能量和数据速率的必要条件。结果,增加的能量消耗和减小的空间导致4G技术的工作温度更高。对于微波复合介电电路基板材料,较高的导热系数将有助于降低工作温度。由于这个原因,罗杰斯公司以原始的基板材料为基础新引入了几种高导热率的基板材料。参见表4.5。功率分配器和耦合器电路基板材料的选择功率分配器和耦合器是最常用的高频器件。微波介电电路基板材料的选择在实现这些设备的功能中起着关键作用。像许多电路设计一样,介电常数的考虑通常是选择不同介电电路基板材料的起点。对于类似功率分配器和耦合器的设计人员,大多数人倾向于选择具有高介电常数的微波介电电路基板材料。因为,与低介电常数介电基片材料相比,选择这种类型的材料可以在电路设计中实现较小尺寸的有效电磁耦合,以保持阻抗一致性,这在实现功率分配器的特性时非常重要和耦合器。重要的是,介电常数(影响阻抗系数的一)中的变化会导致电磁能量和功率的分布不均匀。选择高介电常数电路板材料时经常会遇到问题:电路板存在各向异性,或者电路板材料在向上方向的介电常数值不同。

Rogers的“ Universal World”的TMM10i波介电电路基板材料具有优异的各向同性特性,被广泛用于245(10GHz)级的功率分配器和耦合器电路的设计中。因此,在功率分配器和耦合器的传输线中,均匀的阻抗特性可以使装置中的电磁能的分布恒定且可测量。对于具有更高介电常数设计要求的微波介电电路基板材料,可以使用Rogers的TMM 13i介电电路基板。该材料具有1 2. 85 35(10GHz)或更小。 4.6多层天线单元要求的基板材料选择随着多层PTFE电介质基板的应用需求的增加,对相应的电介质电路基板材料的热膨胀系数的要求也越来越高。一方面,满足设计端子位置的精度要求是在XY方向上的二维尺寸稳定性。另一个方向的热膨胀受到影响,因为随着层数的增加,对层之间微波介质之间的结合力的要求也相应提高。结合金属化孔的质量和可靠性,这种改进得以实现天线单元状的微波多层板的制造比较困难。列出了满足设计电气性能基本要求的三个公司的微波介电基板材料。可以看出,Rogers的RT / duroid 588 0、 DiClad 88 0、是基于TLY-5A和其他三种材料制成的,其热膨胀系数都很高,这给金属化孔带来了巨大的挑战微波多层印刷电路板经过基板材料处理后,具有抗温度冲击性。

通过使用Rogers的定向空心球填充技术,RT / duroid5880LZ微波6高导热率衬底材料衬底模型Dk Df @ 10GHZ热导率W / mK Rogers开发的RT / duroid6035HTC 3.5500.050 .0012 1.40 RO3235HTC 3.5000.05 0.0017 1.14 RO30006HTC 6.150.15 0.0015 1.75覆铜箔印刷电路板技术17覆铜箔层压板信息405第五衬底材料8J无源模型TM RO4730JXRTM衬底由介电常数损耗因子RO4725JXR TM 2.550.05 0.0022碳氢化合物/陶瓷/ WovenGlass(低Dk,接近PTFE)RO4730JXR TM 3.000.05 0.0023碳氢化合物/陶瓷/ WovenGlass(无机空心微球球形填充物)7.多层天线元件所需的基底材料:RT / durod5880,DiClad880微波基板介质,TLY-5A,RT / durod5880LZ,Dk @ 10GHZ 2.200.0.02 2.00.090.07。 0009 0.0019热膨胀系数(X / Y / Z)31/48/237 25/34/252 20/20/280 44/43/41介电电路基板材料的热膨胀系数从237ppm / RT / duroid5880材料的材料达到41ppm / RT / duroid5880LZ材料的材料,其XY膨胀系数与相同材料的相当。

因此,RT / duroid 5880LZ微波介电电路基板材料值得拥有。 4.7无源互调要求基板材料选择无源互调(PIM)是两个或多个信号的混合产品,这些信号预期不会出现在无源电路或组件中,这些信号会产生不希望的杂散或谐波信号。 PTFE电路板材料通常是无源组件的首选,其中无源互调性能对于无线和滤波器至关重要。随着罗杰斯的不断研究和开发,证明了其4000系列改性新型非PTFE介电电路基板材料的PIM性能也很优越。例如,RO4725JXR TM RO4730JXRTM质量电路基板材料,当用于PCB天线时,其无源互调性能甚至优于-164dBc。 RO4725JXR TM RO4730JXR TM介电电路基板材料的性能指标在下表中进行了比较。此外,无源互调性能有时会受到其他材料参数的影响,例如介电常数的温度系数(TCDk)。通常情况下,PTFE电路板材料TCDk非常高。随着环境温度的变化,RO4725JXR TM RO4730JXR TM介电电路基板材料的Dk + 32ppm /表明其电性能可以在较宽的温度范围内保持稳定,并且对PIM性能的影响也很小。

简而言之,无论是基站,其他无线天线还是其他无源组件(耦合器和滤波器),都必须将PIM保持在最低水平,以确保系统保持语音,数据和视频的最高质量沟通。因此,无论电路设计多么精细,微波介电电路基板的材料选择在很大程度上决定了PIM的最终实现。 5结束语随着国家对微波介电电路基板关键性开发政策的不断深化,再加上雷达等现代通信技术的迅猛发展,为未来微波介电电路基板的研究与开发带来了新的发展机遇。然而,面对不断出现的设计要求以及全球许多供应商提供的微波介电电路基板材料,如何选择将是设计师的客观选择。参考文献[1]杨卫生雷达利用多层微波集成背板制造技术研究现代雷达,2011,10:77-8 0. [2]杨卫生雷达微波介电基板多层实现技术研究印刷电路信息,2011,5:96 -10 1.覆铜箔层压板技术18

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