Com o rápido avanço das comunicações 5G, radar de direção autônoma, comunicações por satélite e redes de dados de alta velocidade, os materiais tradicionais de PCB FR-4 estão enfrentando limitações de desempenho. À medida que as frequências de sinal entram na faixa de GHz e até mesmo nas bandas de ondas milimétricas, um material chamado PTFE tornou-se a escolha preferida dos projetistas de engenharia. Então, o que exatamente é PTFE? E por que ele se destaca nesta corrida de alta frequência? Tenho certeza que você encontrará respostas depois de ler nosso artigo abaixo.

I. O que é PTFE?

O PTFE, denominado politetrafluoretileno, comumente conhecido como "Teflon", é um fluoropolímero de alto desempenho conhecido por sua excepcional resistência química, estabilidade térmica e propriedades antiaderentes. O PTFE não é apenas amplamente utilizado nas indústrias médica, de processamento de alimentos e de utensílios de cozinha (por exemplo, panelas antiaderentes), mas também serve como o principal material de substrato para placas de circuito de alta frequência. Seu excelente isolamento elétrico, resistência a temperaturas extremas (-200 ° C a + 260 ° C) e durabilidade ambiental o tornam amplamente adotado na indústria de PCB para a fabricação de placas de circuito de alta qualidade que exigem desempenho de alta frequência e alta velocidade.

II. Vantagens do PTFE em PCBs

1. Baixa constante dielétrica (DK)

O PTFE exibe uma constante dielétrica de aproximadamente 2,1±0,05, com flutuação mínima de menos de ±0,02 na banda de frequência ultralarga de 1 a 100 GHz. Isso é significativamente menor do que a constante dielétrica dos materiais FR-4 tradicionais, que é de cerca de 4,5. O PTFE é mais adequado para sinais digitais de alta velocidade e sinais analógicos de alta frequência, minimizando o atraso e a distorção do sinal para garantir uma transmissão rápida do sinal.

2. Baixo fator de perda dielétrica (DF)

Comparado com o valor DF do FR-4 de aproximadamente 0,02, o fator de perda do PTFE varia de 0,0002 a 0,002, caindo para 0,0005±0,0001 a 1 GHz. Essa perda mínima de sinal garante uma dissipação de energia insignificante durante a transmissão, permitindo um alcance estendido e uma atenuação de sinal significativamente reduzida. Isso é crucial para aumentar a sensibilidade e o alcance de cobertura dos equipamentos de comunicação

3. Resistência a altas / baixas temperaturas

Ao contrário de outros materiais que exibem mudanças significativas nas propriedades dielétricas sob grandes variações de temperatura, o PTFE mantém um desempenho estável em uma ampla faixa de -200 ° C a 260 ° C. Essa estabilidade evita a deformação do substrato ou a degradação do desempenho durante a soldagem em alta temperatura na fabricação de PCB, atendendo às demandas de ambientes de alta temperatura.

4. Baixa absorção de umidade

O PTFE apresenta absorção de umidade abaixo de 0,01%, concedendo-lhe excepcional resistência à umidade. Essa vantagem evita a entrada de umidade em PCBs que podem causar curtos-circuitos ou danos aos componentes, garantindo significativamente a operação confiável do PCB em ambientes de alta umidade.

III: Desafios e soluções do PTFE

1. Desafios

1.1 Alto custo e baixa taxa de rendimento

Laminados de PTFE como a série RT/Duroid da ROGERS custam de 20 a 50 vezes mais do que o FR-4. Combinado com baixas taxas de rendimento de processamento e desperdício significativo de material, isso aumenta substancialmente os custos de fabricação.

1.2 Técnicas de processamento complexas

1.2.1 Flexibilidade
Devido à suavidade inerente do PTFE, a perfuração durante a fabricação de PCB geralmente causa rebarbas e irregularidades nas paredes dos furos. Isso afeta os processos subsequentes de revestimento de orifícios e corre o risco de quebras de circuito ou circuitos abertos. São necessárias brocas especializadas, pois as brocas padrão causam facilmente a delaminação.

1.2.2 Alto coeficiente de expansão térmica

O PTFE exibe um coeficiente de expansão térmica aproximadamente 5-6 vezes maior que o dos materiais convencionais. Isso causa estresse substancial entre as camadas de PCB durante processos de alta temperatura, levando a problemas como delaminação de folha de cobre, desalinhamento de camadas e imprecisões de perfuração. Esses fatores comprometem severamente a integridade estrutural do PCB.

1.2.3 Má adesão
As propriedades antiaderentes inerentes ao PTFE dificultam a adesão da máscara de solda. Processos adicionais, como tratamento com plasma ou corrosão química, são necessários para aumentar a força de ligação para a integração adequada da folha de cobre. O tratamento inadequado pode fazer com que as camadas da máscara de solda descasquem durante o uso, comprometendo o isolamento e as capacidades de proteção do PCB.

2. Soluções

Jerico possui experiência madura em processamento de PTFE e equipamentos especializados. Nosso sistema de tratamento de plasma totalmente automatizado, combinado com parâmetros de perfuração CNC personalizados para processos de laminação a vácuo de PTFE e vários estágios, garante que cada PCB de PTFE atinja uma resistência excepcional de ligação furo-cobre, controle de impedância estável e excelente estabilidade dimensional. Isso garante a confiabilidade do produto final.

IV. Aplicação primária de PCBs de PTFE

Devido às suas propriedades únicas e vantagens essenciais, como perda dielétrica ultrabaixa e estabilidade de ampla temperatura, o PTFE é usado principalmente em aplicações eletrônicas de ponta envolvendo sinais de alta frequência e alta velocidade e ambientes extremos.

1. Comunicações via satélite / estações base 5G: Exemplos incluem antenas Massive MIMO, amplificadores de potência e produtos de filtro.

2. Aeroespacial e Defesa: Exemplos incluem sistemas de radar e produtos de comunicação por satélite.

3. Eletrônica automotiva: Os exemplos incluem produtos de radar de ondas milimétricas para direção inteligente, adequados para controle de cruzeiro adaptativo e sistemas de prevenção de colisões.

4. Dispositivo médicos: Exemplos incluem equipamentos de ressonância magnética (ressonância magnética).

V. Como determinar a adequação do material PTFE?

Além dos valores DK/DF e cenários de aplicação mencionados acima, fatores como frequência do sinal, taxa de dados e ambiente operacional também devem ser considerados. Se sua aplicação requer frequências de sinal superiores a 10 GHz, taxas de dados superiores a 25 Gbps e operação em temperaturas extremas ou alta umidade, o PTFE é a sua escolha ideal

VI. Resumo

Com quase 20 anos de profunda experiência na indústria de PCB, Jerico se destaca em vários materiais de placa, pós-processamento e montagem. Somos sua principal escolha para soluções de PCB / PCBA. Nosso serviço apaixonado e profissional permanece inabalável para nossos clientes. Vamos explorar e crescer juntos.