微波材料提供低損耗和高穩定性

例如，Arlon公司的一篇論文討論了材料將對系統產(chǎn)生怎樣的影響。該論文稱(chēng)，與印刷電路板(PCB)使用的傳統基板材料相比，導熱基板具有若干優(yōu)勢，通過(guò)增加層壓板的導熱性，工程師可以保證將熱量從對溫度敏感的器件和焊點(diǎn)處擴散出去。器件引出接點(diǎn)的最高溫度被降至最低，從而延長(cháng)器件的使用壽命、提高設計可靠性。此外，由熱膨脹系數引起的熱漂移效應被減至最小，因此還降低了對加工硬化的要求。

如果選用了合適的工程陶瓷，當發(fā)生溫漂時(shí)，微波層壓材料將具有更高的相穩定性。例如，相穩定的陶瓷可以抑制微波層壓板所用的低損耗聚四氟乙烯(PTFE)樹(shù)脂的溫度敏感性，因此，設計師可以將工作溫度變化導致的介電常數漂移所造成的非一致性頻率響應降至最低。另一方面，借助在特定頻點(diǎn)共振頻率的顯著(zhù)變化以及帶寬滾降，天線(xiàn)設計可以實(shí)現更低的增益性能。該論文指出：特別是在高頻應用，電損耗低的材料可降低諸如耦合器、濾波器和饋送網(wǎng)絡(luò )等無(wú)源元器件的發(fā)熱?？赏ㄟ^(guò)x/y或z任一方向將熱從有源元器件擴散出去的材料，有助于提升這些元器件的可靠性。

RF和微波應用要求損耗低、介電常數的變化要小。傳統上，具有這些屬性的材料包括PTFE和其它低損耗熱固樹(shù)脂聚合物。根據Arlon的論文，無(wú)紡玻璃纖維增強型PTFE的介電常數約在2.2至2.33之間。與此相比，有紡玻璃纖維增強型PTFE的介電常數約在2.2至3.0以上。在添加陶瓷填料后，基于PTFE材料的介電常數可達10.2或更高。

聚四氟乙烯最初是由W.L. Gore Associates生產(chǎn)的。目前，Gore提供類(lèi)似GORE snapSHOT那樣的電磁干擾(EMI)屏蔽方案。snapSHOT是一種用于無(wú)線(xiàn)通信設備的多腔、板級電磁干擾屏蔽產(chǎn)品，它本質(zhì)上是一種重量輕的金屬化塑料屏蔽材料，可針對任何應用進(jìn)行熱成型處理。它具有將焊球用作獨特卡固結構的附接特性。僅對該屏蔽材料的外部進(jìn)行金屬化鍍錫處理，其內表面仍是絕緣的。與采用現有屏蔽方案的電路設計相比，采用該屏蔽材料可將地電位導線(xiàn)做得更窄、器件間距做得更小、整體厚度做得更薄。

該公司還針對芯片封裝基板和PCB推出了一系列復合有機電介質(zhì)材料。例如，GORE G410預浸有機基板據稱(chēng)能以改良的PCB構造技術(shù)，制造出可靠、高性能的單芯片基板封裝。

Rogers是另一家在微波材料領(lǐng)域源遠流長(cháng)的公司。今年在美國舉行的“IMAPS器件封裝”展上，該公司重點(diǎn)推介了RO2808和ULTRALAM 3000層壓板。RO2808陶瓷填充PTFE材料的介電常數高達7.6。該公司介紹道，這種材料具有與低溫共燒陶瓷(LTCC)基板相當的穩定性和高頻性能。RO2808材料的損耗角正切值低至0.002以?xún)?，板材可薄?mil(1/1,000英寸)，能用于非常小型化的設計。

Rogers的ULTRALAM 3000系列液晶聚合物(LCP)電路材料的特點(diǎn)，是具有低且穩定的介電常數(2.9)。其吸收的水分不到材料總重的0.04%。這些雙面覆銅層壓板具有0.001、0.002和0.004英寸非常薄的結構。

Rogers公司自稱(chēng)是第一家提供用于高頻材料阻性銅箔的公司。最近，該公司攜手Ohmega Technologies一起開(kāi)發(fā)RT/duroid 6002PR和RT/duroid 6202PR材料。雖然這兩種材料類(lèi)似，但RT/duroid 6202PR為了使薄的電介材料具有更好的機械強度，有限度地使用了編織玻璃纖維。這一開(kāi)發(fā)的目標是大幅降低電阻變化。對高頻率材料而言，電阻變化往往可達20%以上。采用RT/duroid 6002PR和RT/duroid 6202PR可將變化控制在10%以?xún)取?/P>

為給多層設計提供高水平的尺寸穩定性和配準一致性，Arlon的CLTE-AT微彌散陶瓷PTFE復合材料采用了有紡玻璃纖維增強技術(shù)。該復合材料以其0.0013的損耗角正切值而獨樹(shù)一幟。CLTE-AT還采用了平均表面粗糙度(Rz)小于4.0μm的更光整的銅材，而許多競爭產(chǎn)品使用的是9到10μm較粗糙的銅。因此，它承諾在保持薄層板上的細導線(xiàn)所需的剝離強度的同時(shí)，可減小插入損耗和傳輸線(xiàn)阻抗。在約200MHz頻率下，CLTE-AT具有3.0的電介常數，其X和Y軸的熱膨脹系數(CTE)僅為8ppm/℃，而Z軸的是20ppm/℃。

為提高手機功率放大器的效率，意法半導體(ST)和Paratek已展開(kāi)合作，共同推動(dòng)Paratek下一代ParaScan材料的大批量生產(chǎn)。這兩家公司計劃聯(lián)合開(kāi)發(fā)可提高手機總輻射功率(TRP)的可調產(chǎn)品?；赟T的集成無(wú)源和有源器件(IPAD)技術(shù)，這兩家公司計劃利用ParaScan材料研制出高品質(zhì)、高可靠的可調電容器。

這些可調電容可用來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)手持設備的動(dòng)態(tài)阻抗匹配，這樣在降低通話(huà)掉線(xiàn)和漏接可能性的同時(shí)，可調電容還提升了功放效率、延長(cháng)了電池續航時(shí)間。借助射頻調諧，經(jīng)由自適應阻抗匹配電路，手機天線(xiàn)能更高效地工作。因為天線(xiàn)可以做得更小，所以這種技術(shù)還能讓制造商制造出更小、更薄、更具差異性的手機產(chǎn)品。

另一個(gè)以材料為紐帶、旨在幫助手持設備制造商推出小型化產(chǎn)品的合作關(guān)系，是通過(guò)整合實(shí)現的。具體說(shuō)，就是SABIC Innovative Plastics和LPKF Laser Electronics AG攜手，將LPKF的激光導引建構(LDS)技術(shù)與SABIC Innovative Plastics的材料結合起來(lái)。當今的原始設備制造商(OEM)利用在塑料部件內整合了電路導線(xiàn)、采用LDS技術(shù)制造的模壓互連器件。激光在模壓塑料外殼上雕刻出一個(gè)復雜的三維結構，以準備進(jìn)行金屬化處理。歸功于這一合作，現在可將電子和機械功能整合在一起，如單一模塊內的手機天線(xiàn)(圖1)。

圖1：通過(guò)聯(lián)合采用LDS技術(shù)與特殊材料，可實(shí)現單一模塊內的手機天線(xiàn)。

一些人預測，未來(lái)氧化鋅(ZnO)將涵蓋從薄膜晶體管到傳感器等許多應用。氧化鋅經(jīng)常與其它材料結合起來(lái)使用，或者也可將其制作成新型納米結構，每個(gè)都有自己獨特的性質(zhì)。此外，Rogers正完成一種主要用于機載天線(xiàn)應用的新型高頻材料——RT/duroid 5880LZ的開(kāi)發(fā)。該材料的介電常數為1.96、介電常數的溫度系數是+22ppm/℃、密度是1.37gm/cm³(比PTFE/玻璃輕30%)。

展望未來(lái)，材料方面的進(jìn)步也將越來(lái)越多地以軟件為中心，因為工程師越來(lái)越多地求助軟件來(lái)模擬其電路板材料或真實(shí)世界的設計問(wèn)題。例如，DuPont Microcircuit Materials和CAD Design Software這兩家公司已宣布，他們已為陶瓷(混合/MCM-LTCC)電路設計，將杜邦的GreenTape LTCC材料和制造工藝整合進(jìn)CAD Design Software的電子設計自動(dòng)化(EDA)設計工具中(圖2)。

圖2：軟件工具經(jīng)過(guò)了定制以便采用LTCC材料和制造工藝。

通過(guò)整合杜邦的Green Tape 951和943系統，CAD Design Software的陶瓷設計工具自動(dòng)處理杜邦公司建議采用的LTCC工藝。從CAD Design Software的材料庫內選用材料的能力，允許用戶(hù)設置自定義的技術(shù)參數來(lái)啟動(dòng)一種陶瓷設計，或從預設置的技術(shù)文件清單內，選用一種技術(shù)。此外，為簡(jiǎn)化陶瓷設計流程，CAD Design Software還整合了許多CAM工具。