การออกแบบ RF PCB มักเลือกใช้วัสดุ PTFE ที่มีการสูญเสียต่ำ เนื่องจากมีการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำมากและมีค่า Dk ที่เป็นไปได้หลากหลาย วัสดุเหล่านี้ใช้โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) เป็นวัสดุพื้นฐาน แต่นี่ไม่ใช่องค์ประกอบเดียวในวัสดุลามิเนตเหล่านี้ นอกจากนี้ยังมีการเสริมแรงและสารตัวเติมที่ใช้ในการออกแบบวัสดุ PTFE PCB เพื่อให้ได้คุณสมบัติของวัสดุตามที่ต้องการ

วัสดุ PTFE ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดนั้นมีให้เลือกทั้งแบบเสริมแรงและแบบไม่มีเสริมแรง แต่ผู้ออกแบบมีหน้าที่กำหนดความต้องการเฉพาะเพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการใช้งาน ก่อนที่คุณจะตัดสินใจเลือกวัสดุ PTFE ใดๆ สำหรับบอร์ดของคุณ โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจดีว่าสารตัวเติมและสารเสริมแรงในแผ่นลามิเนต PTFE ส่งผลต่อการใช้งานบอร์ดของคุณอย่างไร

ส่วนประกอบของวัสดุในแผ่นลามิเนต PTFE

วัสดุที่ใช้ PTFE ประกอบด้วยส่วนประกอบวัสดุหลักสองส่วนที่กำหนดคุณสมบัติของวัสดุ:

• การเสริมแรง - ให้ความแข็งแกร่ง
• สารตัวเติม - ผงเซรามิกที่ใช้สำหรับออกแบบ คุณสมบัติของวัสดุ

แผ่นลามิเนต PTFE ที่ใช้ใน PCB ใช้อนุภาคเซรามิกเป็นวัสดุเติมเพื่อออกแบบคุณสมบัติของวัสดุลามิเนต ผลกระทบที่แน่นอนต่อคุณสมบัติของวัสดุขึ้นอยู่กับประเภทของเซรามิกที่ใช้และปริมาณเซรามิกในวัสดุตั้งต้น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นทรัพย์สินทางปัญญาของผู้ผลิตแผ่นลามิเนต PTFE

นอกเหนือจากการใช้สารตัวเติมเซรามิกเพื่อออกแบบคุณสมบัติทางความร้อน เชิงกล และแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว ลามิเนตที่ใช้ PTFE ยังสามารถรวมการเสริมแรงในเมทริกซ์ PTFE ได้อีกด้วย

เสริมใยแก้ว

การเสริมแรงด้วยกระจกเป็นวัสดุเสริมแรงมาตรฐานที่ใช้ในวัสดุ PTFE สำหรับแผงวงจร RF วัสดุเสริมแรงเหล่านี้เป็นผ้าใยแก้วแบบทอเดียวกับที่พบในแผ่นลามิเนตอีพ็อกซีไฟเบอร์กลาสมาตรฐาน เนื่องจากวัสดุลามิเนต PTFE มีความแข็งต่ำกว่า FR4 การเสริมแรงจึงสามารถเพิ่มความแข็งแกร่งโดยรวมของแผงวงจรได้หากต้องการเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ยังช่วยลดความยุ่งยากในการเจาะตลอดแนวซ้อน รวมถึง แนวซ้อนแบบไฮบริด

รูปแบบกระจกทั่วไปที่ใช้ในการเสริมแรง ได้แก่:

• 1078
• 106
• 1080
• กระจกแบบแผ่/แบน

รูปแบบการทอเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร และทำให้เกิดความแตกต่างของการตอบสนองเฟสระหว่างวงจรต่างๆ อย่างไร โดยทั่วไป การทอแบบเปิดมากขึ้นจะทำให้เกิดความเบี่ยงเบนที่มากขึ้นระหว่างการตอบสนองเฟสเป้าหมายบนอินเตอร์คอนเนคต์ และการตอบสนองเฟสจริง (ที่วัดได้) ซึ่งเป็น ปรากฏการณ์การทอด้วยเส้นใยแบบคลาสสิกสิ่งนี้ไม่ดีสำหรับระบบที่ไวต่อเฟส เช่น อาร์เรย์เฟส

หากคุณต้องการออกแบบและผลิตระบบที่มีการตอบสนองเฟสเป้าหมายพร้อมความเอียงน้อยที่สุด คุณควรใช้การเสริมแรงด้วยกระจกแบบกระจาย/แบน หรือไม่เสริมแรงเลย นอกจากนี้ยังมีการเสริมแรงด้วยกระจกและเซรามิกแบบไม่ทออีกด้วย

เสริมใยแก้วแบบไม่ทอ

นอกจากนี้ยังมีการเสริมแรงด้วยกระจกอีกประเภทหนึ่งที่สุ่มอย่างสมบูรณ์ ในวัสดุที่ทำจาก PTFE นี้ โดยทั่วไปแล้วคุณจะพบความแข็งแรงเชิงกลในระดับเดียวกับที่พบในลามิเนตเสริมแรงแบบทอ แต่จะไม่มีลักษณะการทอเส้นใยในระดับเดียวกับที่พบในลามิเนตเสริมแรงแบบทอ การใช้กระจกแบบไม่ทอในลามิเนต PTFE นั้นพบได้น้อยกว่ามาก เนื่องจากผู้ผลิตบางรายไม่ได้มีตัวเลือกนี้ในวัสดุของตน อย่างไรก็ตาม หากมี (ดูด้านล่าง) คุณสมบัติของวัสดุใน PTFE เสริมแรงแบบทอและแบบไม่ทอจะคล้ายคลึงกัน

รายการตารางเหล่านี้เปรียบเทียบวัสดุที่ใช้ PTFE กับการเสริมแรงแบบทอและไม่ทอ

เซรามิกเสริมแรง vs. เซรามิกเติม

การใช้วัสดุเสริมแรงด้วยแก้วทำให้สามารถใช้วัสดุ PTFE ที่บางกว่าในการเรียงซ้อนแผ่น PCB ได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแกร่งในเมทริกซ์ PTFE อย่างไรก็ตาม แก้วไม่ใช่วัสดุเสริมแรงชนิดเดียวที่มีอยู่ วัสดุเสริมแรงด้วยเซรามิกก็ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งเช่นกัน วัสดุเสริมแรงเหล่านี้ยังทำหน้าที่เช่นเดียวกับฟิลเลอร์ แต่ไม่ได้ให้การเสริมแรงเชิงกลแบบเดียวกับการทอด้วยแก้ว

ผมยกตัวอย่างเซรามิกในฐานะวัสดุเสริมแรง เพราะบางครั้งวัสดุเหล่านี้ถูกเรียกเฉพาะว่าวัสดุเสริมแรงเซรามิก ไม่ใช่แค่วัสดุอุดรูเซรามิกเท่านั้น วัสดุเสริมแรงเซรามิกไม่มีรูปแบบการทอ ดังนั้นจึงไม่มีเอฟเฟกต์การทอเส้นใยบนแผ่น PCB อย่างไรก็ตาม เส้นแบ่งระหว่างวัสดุเสริมแรงเซรามิกและวัสดุอุดรูเซรามิกนั้นไม่ชัดเจน และผู้จำหน่ายบางรายอาจใช้คำสองคำนี้แทนกันได้ โปรดระมัดระวังในการตรวจสอบว่ามีความแตกต่างที่สำคัญหรือไม่ก่อนตัดสินใจเลือกวัสดุ

ไม่เสริมแรง

สุดท้ายนี้ ยังมีแผ่นลามิเนต PTFE แบบไม่มีการเสริมแรง ซึ่งมีเพียงสารตัวเติมไมโครอนุภาคเซรามิกและสารเติมแต่ง แต่ไม่มีสารเสริมแรงอื่นๆ ผลิตภัณฑ์แผ่นลามิเนต PTFE หลายชนิดที่คุณพบเห็นมีให้เลือกทั้งแบบเสริมแรงและแบบไม่มีการเสริมแรง ผมคิดว่านักออกแบบส่วนใหญ่มักจะคิดว่าแผ่นลามิเนต PTFE ของพวกเขาจะไม่เสริมแรง แต่ถ้าคุณไม่ระบุความต้องการอย่างชัดเจน คุณก็ต้องพึ่งพาวัสดุที่มีอยู่ในสต็อกของโรงงานของคุณ

ข้อดี: ทำไมเราจึงต้องใช้วัสดุที่ไม่มีการเสริมแรง? เราจะทำเช่นนี้หากต้องการขจัดความเป็นไปได้ที่วัสดุเสริมแรงจะก่อให้เกิดการทอเส้นใยหรือการเอียงตามแนวเชื่อมต่อในวัสดุพื้นผิว นี่คือข้อได้เปรียบหลักของวัสดุเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในระบบความถี่สูงมาก เช่น เรดาร์ นอกจากนี้ เรดาร์ขั้นสูงที่มีความหนาแน่นสูง ยังมีประโยชน์ ที่อาจใช้ จุดเชื่อมต่อแบบตาบอดบนชั้นวัสดุสะสมภายนอกได้แก่:

• การกำจัดความเอียงข้ามสาย RF ที่จับคู่เฟส
• การกำจัดบริเวณข้อต่อที่มีเส้นใยทับซ้อนกัน

วัสดุ PTFE ที่ไม่มีการเสริมแรง (เติมเซรามิกเท่านั้น) มีประโยชน์ในเรดาร์สแกนภาพ 2 มิติขั้นสูงเหล่านี้ที่มีเสาอากาศที่จับคู่เฟสจำนวนมาก

ข้อเสีย: ข้อเสียหลักของวัสดุ PTFE ที่ไม่ได้เสริมแรงคือการขาดความแข็งแกร่งก่อนนำไปวางซ้อนกันและบ่ม ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการเรียงตัวของชั้นต่อชั้นที่ผิดพลาด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูเจาะและแผ่นรอง ซึ่งอาจมีการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องเล็กน้อย สำหรับแผ่นไฟเบอร์สมัยใหม่ที่กล่าวถึงข้างต้น อาจเป็นสาเหตุของการสูญเสียการสะท้อนกลับที่ความถี่สูงมาก