Wraz z szybkim rozwojem komunikacji 5G, radaru autonomicznej jazdy, komunikacji satelitarnej i szybkich sieci danych, tradycyjne materiały PCB FR-4 napotykają ograniczenia wydajności. Ponieważ częstotliwości sygnału wchodzą w zakres GHz, a nawet pasma fal milimetrowych, materiał zwany PTFE stał się preferowanym wyborem dla projektantów inżynieryjnych. Czym dokładnie jest PTFE? I dlaczego wyróżnia się w tym wyścigu wysokich częstotliwości? Jestem pewien, że znajdziesz odpowiedzi po przeczytaniu naszego artykułu poniżej.
I. Co to jest PTFE?
PTFE, zwany politetrafluoroetylenem, powszechnie znany jako "teflon", jest wysokowydajnym fluoropolimerem znanym z wyjątkowej odporności chemicznej, stabilności termicznej i właściwości nieprzywierających. PTFE jest nie tylko szeroko stosowany w przemyśle medycznym, spożywczym i kuchennym (np. patelnie z powłoką nieprzywierającą), ale służy również jako główny materiał podłoża dla płytek drukowanych wysokiej częstotliwości. Jego wyjątkowa izolacja elektryczna, odporność na ekstremalne temperatury (od -200°C do +260°C) i trwałość środowiskowa sprawiają, że jest szeroko stosowany w branży PCB do produkcji wysokiej klasy płytek drukowanych wymagających wysokiej częstotliwości i wydajności.
II. Zalety PTFE w płytkach drukowanych
1. Niska stała dielektryczna (DK)
PTFE wykazuje stałą dielektryczną około 2,1±0,05, przy minimalnych wahaniach mniejszych niż ±0,02 w ultraszerokim paśmie częstotliwości 1–100 GHz. Jest to znacznie niższa niż stała dielektryczna tradycyjnych materiałów FR-4, która wynosi około 4,5. PTFE lepiej nadaje się do szybkich sygnałów cyfrowych i sygnałów analogowych o wysokiej częstotliwości, minimalizując opóźnienie sygnału i zniekształcenia, aby zapewnić szybką transmisję sygnału.
2. Niski współczynnik strat dielektrycznych (DF)
W porównaniu z wartością DF FR-4 wynoszącą około 0,02, współczynnik strat PTFE waha się od 0,0002 do 0,002, spadając nawet do 0,0005±0,0001 przy 1 GHz. Ta minimalna strata sygnału zapewnia znikome rozpraszanie energii podczas transmisji, umożliwiając zwiększenie zasięgu i znacznie zmniejszone tłumienie sygnału. Ma to kluczowe znaczenie dla zwiększenia czułości i zasięgu sprzętu komunikacyjnego
3. Odporność na wysoką / niską temperaturę
W przeciwieństwie do innych materiałów, które wykazują znaczące zmiany właściwości dielektrycznych przy dużych wahaniach temperatury, PTFE utrzymuje stabilną wydajność w szerokim zakresie od -200°C do 260°C. Ta stabilność zapobiega deformacji podłoża lub pogorszeniu wydajności podczas w wysokiej temperaturze w produkcji PCB, spełniając wymagania dotyczące środowisk o wysokiej temperaturze.
4. Niska absorpcja wilgoci
PTFE wykazuje absorpcję wilgoci poniżej 0,01%, co zapewnia mu wyjątkową odporność na wilgoć. Ta zaleta zapobiega wnikaniu wilgoci do płytek drukowanych, co mogłoby spowodować zwarcia w obwodach lub uszkodzenie komponentów, znacznie zapewniając niezawodne działanie PCB w środowiskach o wysokiej wilgotności.
III: Wyzwania i rozwiązania PTFE
1. Wyzwania
1.1 Wysoki koszt i niska wydajność
Laminaty PTFE, takie jak seria RT/Duroid firmy ROGERS, kosztują 20–50 razy więcej niż FR-4. W połączeniu z niską wydajnością przetwarzania i znacznymi stratami materiału znacznie zwiększa to koszty produkcji.
1.2 Złożone techniki przetwarzania
1.2.1 Elastyczność
Ze względu na naturalną miękkość PTFE, wiercenie podczas produkcji PCB często powoduje powstawanie zadziorów i nierówności na ściankach otworów. Ma to wpływ na późniejsze procesy powlekania otworami przelotowymi i grozi przerwami w obwodach lub przerwami w obwodach. Wymagane są specjalistyczne wiertła, ponieważ standardowe wiertła łatwo powodują rozwarstwienie.
1.2.2 Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej
PTFE wykazuje współczynnik rozszerzalności cieplnej około 5-6 razy większy niż konwencjonalne materiały. Powoduje to znaczne naprężenia między warstwami PCB podczas procesów wysokotemperaturowych, co prowadzi do problemów, takich jak rozwarstwienie folii miedzianej, niewspółosiowość warstw i niedokładności wiercenia. Czynniki te poważnie zagrażają integralności strukturalnej płytki drukowanej.
1.2.3 Słaba przyczepność
Nieodłączne właściwości nieprzywierające PTFE utrudniają przyleganie maski lutowniczej. Wymagane są dodatkowe procesy, takie jak obróbka plazmowa lub trawienie chemiczne, w celu zwiększenia siły wiązania w celu prawidłowej integracji folii miedzianej. Nieodpowiednia obróbka może spowodować odklejanie się warstw maski lutowniczej podczas użytkowania, co negatywnie wpływa na izolację i właściwości ochronne płytki drukowanej.
2. Rozwiązania
Jerico posiada dojrzałą wiedzę na temat obróbki PTFE i specjalistyczny sprzęt. Nasz w pełni zautomatyzowany system obróbki plazmowej, w połączeniu z parametrami wiercenia CNC dostosowanymi do PTFE i wieloetapowych procesów laminowania próżniowego, zapewnia, że każda płytka PCB PTFE osiąga wyjątkową siłę wiązania otworu z miedzią, stabilną kontrolę impedancji i wyjątkową stabilność wymiarową. Gwarantuje to niezawodność produktu końcowego.
IV. Podstawowe zastosowanie PCB PTFE
Ze względu na swoje unikalne właściwości i podstawowe zalety, takie jak bardzo niskie straty dielektryczne i stabilność w szerokim zakresie temperatur, PTFE jest stosowany przede wszystkim w wysokiej klasy zastosowaniach elektronicznych obejmujących sygnały o wysokiej częstotliwości, dużej prędkości i w ekstremalnych warunkach.
1. Komunikacja satelitarna / stacje bazowe 5G: Przykłady obejmują anteny Massive MIMO, wzmacniacze mocy i produkty filtrujące.
2. Lotnictwo i obrona: Przykłady obejmują systemy radarowe i produkty łączności satelitarnej.
3. Elektronika samochodowa: Przykładem mogą być radary wykorzystujące fale milimetrowe do inteligentnej jazdy, doskonale nadające się do adaptacyjnego tempomatu i systemów unikania kolizji.
4. Wyrób medycznys: Przykładem może być sprzęt do rezonansu magnetycznego (MRI).
V. Jak określić przydatność materiału PTFE?
Poza wartościami DK/DF i scenariuszami zastosowań wymienionymi powyżej, należy również wziąć pod uwagę takie czynniki, jak częstotliwość sygnału, szybkość transmisji danych i środowisko operacyjne. Jeśli Twoja aplikacja wymaga częstotliwości sygnału przekraczających 10 GHz, szybkości transmisji danych przekraczającej 25 Gb/s i pracy w ekstremalnych temperaturach lub wysokiej wilgotności, PTFE jest optymalnym wyborem
VI. Podsumowanie
Dzięki prawie 20-letniemu doświadczeniu w branży PCB, Jerico przoduje w różnych materiałach płytek, obróbce końcowej i montażu. Jesteśmy Twoim najlepszym wyborem dla rozwiązań PCB/PCBA. Nasza pełna pasji i profesjonalna obsługa pozostaje niezachwiana dla naszych klientów. Odkrywajmy i rozwijajmy się razem.
