高頻材料的選擇條件

隨著通信市場(chǎng)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品技術(shù)不斷革新，高頻高速信號(hào)對(duì)材料的的要求也日益增加，不管是設(shè)計(jì)師還是PCB制造者，都在面臨選擇—適當(dāng)?shù)牟牧?，滿足高頻信號(hào)特性，但制造加工容易，成本較低。

高頻材料選擇的條件

1. 介電常數(shù)（Dk， ε，Er)

介電常數(shù)通常根據(jù)特定的電路設(shè)計(jì)及功能所定，直接影響PCB結(jié)構(gòu)(厚度，特性阻抗等)。

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

介電常數(shù)除了直接影響信號(hào)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里尤為重要.如果出現(xiàn)阻抗不匹配的現(xiàn)象，阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比)。

CTEr：由于介電常數(shù)隨溫度變化，而微波應(yīng)用的材料又常常在室外，甚至太空環(huán)境，所以CTEr(Coefficenc of Thermal of Er，介電常數(shù)隨溫度的變化系數(shù))也是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù).一些陶瓷粉填充的PTFE能夠有非常好的特性。

2. 介質(zhì)損耗

這是在高頻設(shè)計(jì)中更為苛刻的要求，你可以根據(jù)介電常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但不可以圍繞損耗進(jìn)行調(diào)整。

損耗因子是影響材料電氣特性的重要參數(shù)。介電損耗也稱損耗正切，損耗因子等，它是指信號(hào)在介質(zhì)中丟失，也可以說(shuō)是能量的損耗。這是因?yàn)楦哳l信號(hào)(它們不停地 在正負(fù)相位間變換)通過(guò)介質(zhì)層時(shí)，介質(zhì)中的分子試圖根據(jù)這些電磁信號(hào)進(jìn)行定向，雖然實(shí)際上，由于這些分子是交聯(lián)的，不能真正定向。但頻率的變化，使得分子 不停地運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)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(huì)受電磁場(chǎng)的影響變化，損耗也就較小。同樣，損耗因子也跟 頻率和測(cè)試方法有關(guān).一般規(guī)律是在頻率越高，損耗越大。

常用的FR4環(huán)氧樹(shù)脂(Dk4.5)極性相對(duì)較強(qiáng)，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。石英填充的聚酰亞胺與玻璃填充的聚酰亞胺相比，不僅介電常數(shù)低，而且損耗也較低，因?yàn)楣璧暮枯^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(shí)在高頻設(shè)計(jì)中，還影響層間信號(hào)的干擾。

4．材料的可加工性

這決定PCB加工成本。目前大量用于LNA，PA 和天線設(shè)計(jì)中。吸潮性也是一個(gè)考慮因素。盡可能選用吸潮小的材料，電氣特性更加穩(wěn)定。

5．材料的熱膨脹系數(shù)

它是材料的重要熱機(jī)械特性之一，指材料受熱的情況下膨脹的情況。實(shí)際的材料膨脹是指體積變化，但由于基材的特性，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(guò)增強(qiáng)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(zhuǎn)化溫度以上難以控制。

ARLON的25系列材料特性

ARLON的25N/25FR系列材料屬于陶瓷填充的石蠟，玻璃纖維增強(qiáng)的材料，由于石蠟分子結(jié)構(gòu)本身的對(duì)稱性，沒(méi)有明顯的極性基團(tuán)，使得在高頻電磁波的環(huán)境下，呈現(xiàn)較低的損耗特性.這種材料結(jié)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(xiàn)在低介電常熟，低損耗因子，介電常數(shù)在溫度變化的情況下相對(duì)穩(wěn)定，從而作為無(wú)線和數(shù)字通信理想的材料，其應(yīng)用包括移動(dòng)電話，轉(zhuǎn)換器，低噪聲放大器等。

與其他材料的比較

什么時(shí)候選用25FR/N 產(chǎn)品

1.用戶對(duì)損耗提出要求時(shí)
2.成本上無(wú)法采用PTFE，尤其是需要做多層板時(shí)
3.PCB廠家不具備PTFE加工生產(chǎn)能力時(shí)

實(shí)例

25N/FR已經(jīng)被廣泛的采用在通訊領(lǐng)域

結(jié)論

隨著高速信號(hào)的發(fā)展，我們可以預(yù)見(jiàn)類似材料越來(lái)越多的被廣泛采用。