熱膨脹系數通常簡寫為CTE(Coeffecient Thermal Efficent),它是材料的重要熱機械特性之一。指材料受熱的情況下膨脹的情況。實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??梢酝ㄟ^增強層材料加以控制,(如玻璃布,石英, Thermount ),而縱向的膨脹總是在玻璃轉化溫度以上難以控制。
平面的CTE對于安裝高密度的封裝至關重要,如果芯片(通常CTE在6-10ppm/C)安裝在常規PCB上(CTE 18ppm/C),通過多次的熱循環以后,可能造成焊點受力過度老化。而Z軸的CTE直接影響鍍孔的可靠性,尤其對于多層板而言。
通常PTFE的CTE較大,用純的PTFE制造多層板不太多見,常常采用陶瓷粉填充的PTFE。 如Arlon公司的CLTE、LCCLTE 等, 最有代表性的應用是制造高達64層多層板
用于全球通信衛星上。
4.導熱性
在許多微波領域,有較多是大功率的應用,材料的散熱特性能在很大方面影響整個系統的可靠性。所以導熱系數也應當成為我們考慮的一個方面。有些特別的高可靠高功耗應用,還可以采用金屬襯(鋁基或銅基)。
5.可制造性
我們了解,PTFE材料比較難于加工,尤其是孔金屬化,需要等離子體或萘鈉處理,提高它的活性,而且PTFE是熱塑性材料,多層板加工要求溫度較高。 現在也開發出了新的低損耗熱固性樹脂材料用于高頻線路,可以加工多層板,而無需等離子體活化, 如Arlon25N/FR。 目前大量用于LNA,PA 和天線設計中。吸潮性也是一個考慮因素,盡可能選用吸潮小的材料,電氣特性更加穩定。
6.無源交調(PIM)
在射頻的前端設計,如天線、濾波都對無源交調有所要求,這也與PCB的基材相關。有些公司采用特定的銅箔,使得無源交調保持在一定的范圍。下表給出沒有無源交調要求的板材和有特定要求的板材PIM的區別。
無源互調產生于原因
無源互調主要由無源非線性產生,而無源非線性通常有兩種類型:一類是金屬接觸引起的非線性,另一類是材料本身的固有非線性。例如,同軸電纜和連接器通常被認為是線性的,但是在大功率情況下,其非線性效應顯示出來。在電纜編織物的接觸、連接器的絲扣和其它金屬接頭中,輕微的非線性的確存在。這些金屬接觸的每個表面都有金屬氧化形成的薄絕緣層,正是這種接觸非線性產生低電平無源互調干擾,這些干擾可使接收機的性能嚴重降低。
金屬接觸非線性產生的原因主要是連接處的松動和腐蝕,其伏安特性是一條曲線,具體的主要機理如下:
1) 穿過金屬接觸處薄氧化層(厚度小于50Ao)的電子隧道效應和半導體行為;
2) 通過金屬結構中的砂眼和微狹縫的二次電子倍增效應;
3) 與金屬表面污垢、金屬粒子和碳化有關的非線性;
4) 與金屬接觸處的大電流有關的非線性;
5) 低劣的安裝工藝引起的非線性;
6) 由強電流引起的金屬接觸面相對運動的熱循環。
線性和非線性沒有嚴格的界限,金屬接觸通常被認為是線性的,但在大功率情況下表現出非線性效應。
非線性效應不能完全消除,只能盡量設法減小,主要的減小措施有:
1) 使金屬接觸的數量最小。例如,使用扼流連接或其它電介質連接,提供足夠的電流通道,保持所有的機械連接清潔、緊固。
2) 在電流通道上盡可能避免使用調諧螺絲或金屬、 金屬接觸的活動部件。如果非用不可,應將它們放在低電流密度區域。
3) 提高材料的連接工藝。確保連接可靠,盡量做到無縫隙、無污染或無腐蝕。
4) 導電通道上的電流密度應保持低值。例如,接觸面積要大,導體塊要大。
5) 保持最小的熱循環,減小金屬材料的膨脹和壓縮產生的非線性接觸。
由于無源互調問題的復雜性,很難建立大功率電路模型,因而無法使用非線性電路的某些分析方法,但是對金屬接觸非線性來說,可用如圖4所示的簡單系統表示,其中X和Y分別表示輸入和輸出信號(電流或電壓),通過單個傳遞函數模擬整個金屬接觸非線性的產生過程,采用輸入輸出法分析,具體的求解方法主要有冪級數法和伏特拉級數法。由于冪級數法具有使用簡單、計算速度快、容易實現等優點,所以本文采用這種方法。
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