高频材料和印刷PCB的长期可靠性

随着简单性和密度的逐步进步，射频/微波通路组件的临时牢靠性变得愈加难以表征。印刷通路板（PCBs）蕴含许多有源和无源元件，其功能会随工夫和任务条件量度等发作变迁。此外，PCB的基板资料如介质、铜箔超导体、防焊油墨阻焊层以及最终镀层等也会随着工夫发作改观，并且任务条件会对于某个工夫发生反应。频次较高时，随着工夫的变迁能够会发作电功能的变迁，如功率和频率丧失。没有管是短期还是临时反应，这种反应均能够会发生。通路资料和PCB功能的临时变迁均是因为热效应惹起的，相似任务正在低温条件下。

短期裸露于低温条件，如PCB拆卸中回暖焊的低温，正常没有会反应通路资料或者PCB的电气功能。然而，化学当量度超越通路资料的绝对于热指数（RTI）或者PCB的最高任务量度（MOT）时，就会反应到电气功能。假如量度高于通路资料的裂化量度（Td），即便但是多少秒钟，也会惹起电气功能的变迁。RTI是一度基于量度丈量肯定的通路资料参数，示意通路资料正在其一度或者多个要害特点没有发作升级的状况下接受的最低温度。MOT是一度经美国安全商试验室（UL）认证的通路级参数，实用于整个PCB，囊括介质和超导体层。这两个参数属同类参数，均用来批示最低温度，然而RTI是指通路资料的最低温度，如层压资料自身；而MOT则实用于酿成的完好的PCB板及将通路资料加工成PCB板后的最高任务量度。通路的MOT没有会超越其基板的RTI，由于UL没有会为高于其资料RTI的通路条发MOT。

高频通路层压板资料是由介质资料和铜箔作为超导体形成，基于热塑性或者热固性资料。热塑性资料一般是软质的或者挠性的，而热固性资料则是更硬，刚刚性的。热塑性资料可加热至凝结或者回暖量度，但热固性资料没有能加热至回暖量度。正在量度剩余高时，热固性资料就会发作合成。

用来射频/微波/毫米波PCB的热塑料性资料一般是基于聚四氟乙烯（PTFE）的。固然其余资料也可共同或者与PTFE一同用作高频通路基板，然而许多射频/微波/毫米波PCB均以那种方式运用PTFE。用来射频/微波/毫米波PCB的热固性资料，正常是基于优良的分寸稳固性且没有利润劣势的碳氢复合物树脂或者聚苯醚（PPE或者PPO）集合树脂。

基于PTFE的热塑性通路资料因为其稳固性，及临时运用和低温条件下电气功能变迁小备受微词。与此相同，基于碳氢类或者PPE的热固性通路资料酿成的通路会随着工夫和量度变迁，其电气功能会变迁，且这种变迁的大小将起源于详细的通路资料形成。

关于近乎纯PTFE的通路资料，如罗杰斯公司的RT/duroid? 5880层压板，其电气功能正在临时运用和低温（高于室温或者25°C）条件下身现无比稳固。关于PTFE与其余资料联合以调动介电常数（Dk）或者需要那种通路所需功能（如毫米波频段）的资料，因为其余资料的没有同，其功能随工夫和量度的变迁会变得没有同。相似，罗杰斯公司的RO3003?资料即是一种基于PTFE树脂零碎且含有陶瓷骨料和其余增添剂的通路资料，用来公共汽车警报器和毫米波频段的通路使用场景。如图1所示，它体现出与基于简直纯PTFE的资料没有同的老化特点。

如图1所示，这两种资料的热老化特点均变迁较小：Dk或者绝对于介电常数（εr）变迁均小于1%。最后两种资料都会涌现Dk升高，这与正在150°C低温环境下使资料变干有关。固然这两种资料都是低吸湿性的，但正在宏观层面上它们正在测试事先都会照顾一些潮气。当低温下祛除资料中的潮气时，Dk就会升高。RO3003层压板的PTFE处方要比RT/duroid 5880资料的更简单，对于高柔和烘干作用也有没有同的反响。然而，关于150°C环境下的临时老化来说，这两种资料没有到1%的Dk变迁被以为是无比稳重的。

与热塑性资料相比，热固性资料正在临时低温裸露下的Dk变迁要更大一些。然而，Dk变迁量与热固性资料的处方亲密有关，且热固性资料Dk变迁的缘由与热塑性资料的有很大没有同。

热固性通路资料正在低温环境下的做作反响是氧化。氧化正在室温环境下很慢，但正在低温环境下则会减速。热固性基材的氧化仅只限氧化浸透进资料的深浅，正在资料名义的反响会随着更多的氧化物正在名义沉积而发作变迁，直到氧化进程中止为止。关于热固性资料来说，氧化进程的进度和氧化物浸透资料的深浅将起源于资料的处方。相似，有许多类型的抗氧化剂（AOs）能够蕴含正在处方中以用来减缓氧化进程，依据资料处方的没有同，一些抗氧化剂要比其余更无效。

图2对于两种热固性碳氢层压板停止了比拟，内中一种的氧化功能较差，另一种则含有最有抗氧化AO因素，可最大限制地减小氧化效应及需要稳重的临时老化功能。增添AO的益处可从Dk随工夫变迁的稳固性看出。图2的数据是，由X波段流动式带状线谐振器测试工法所丈量低温环境下的Dk随工夫的变迁。测试资料彻底裸露正在条件中，所示数据是应用Arrhenius方程揣测至更短工夫的数据。这一减速老化办法可对于临时热老化效应停止推算，且无需停止短工夫的测试。该测试数据将某碳氢类层压板与存正在临时稳固的抗老化功能的资料—罗杰斯公司的RO4835?通路资料停止了比拟。RO4835资料传承了RO4350B?层压板特点，存正在彻底相反的电气功能。作为图2中工夫刻度的参考，1.0E+05时辰即等于11.4年。

▲ 图1：RT/duroid 5880层压板和RO3003层压板介质的临时老化

▲ 图2：对于热固性碳氢通路资料25°C的临时老化停止比拟

该老化实验的Dk测试是基于IPC-TM-650 2.5.5.5c界说的X波段流动式带状线谐振器测试工法以评价资料的Dk变迁量。测试频次是10GHz，被测样品需求全副篆刻掉铜箔，仅保存介质资料。当以通路方式对于通路资料停止老化评价时，其老化效应是没有同的，由于铜层可掩护介质资料，防止氧化。掩护量则起源于图3中所示的没有同构造。

▲ 图3：容易的侧面图显现为没有同的RF构造，及氧化（黄色）如何浸透热固性介质资料。

▲ 图4：袒露介质资料（彻底侵蚀）与20-mil RO4350B 层压板（Std）和20-mil RO4350B LoPro 层压板（LoPro）上的50 Ω 微带线通路停止比拟

图3中的形容相近显现了正在介质资料上是如何构成氧化的。正在袒露基柜面上会构成氧化层，以至一些氧化层会到达铜箔超导体上面。换句话说，大全体的氧化都正在资料名义，随着氧化的梯度积攒，会有大批氧化会进入名义下方，但这种名义下方的氧化会逐步缩小。

通路资料参数Dk和消耗因数（Df）会正在具有氧化的状况下变大。有多少个要素将决议氧化对于通路资料的射频/微波/毫米波电气功能的反应水平。介质通路越薄将遭到的反应将越大，这是由于氧化将正在整个介质资料中占比更大。

依据通路中电磁（EM）场的没有同，氧化对于射频/微波/毫米波通路没有同构造的反应也没有同。相似，关于微带线来说，大少数EM场均坐落信号超导体底部与接地板顶板之间，以及信号超导体内外有很强的旁边场，信号会由于充足的氧化而发作变迁。固然微带线能够没有会遭到氧化的显着反应，然而正在高频毫米波频次时能够检测到氧化带来的反应。较厚的微带线通路的这一反应要小于较薄的微带线通路。

从信号超导体的地位能显然看出，带状线构造正常没有受氧化的反应（图3）。但是，关于微带线旁边啮合通路，其啮合场坐落通路基板名义以及约偏偏下方处并于氧化层相交，氧化会升高射频/微波/毫米波功能。当正在毫米波频次下，氧化关于薄基板上的接地共面波导（GCPW）通路的反应能够也是明显的。

介质特点解密

正在停止的资料老化进程和测试中，是经过X波段流动式带状线谐振器测试工法以肯定介质资料的特点。因为介质资料正在老化时期是彻底裸露正在条件中的，因为介质资料的所出名义均被氧化，如图3中所示。也就是说，当将资料放入流动式带状线谐振器中构成带状线谐振时，介质的八个名义均会有氧化。依据实验资料的没有同，需求正在榫头中搁置的资料单位也没有同氧化也有所没有同。然而，与以通路方式的测试相比，该丈量办法中资料的氧化要远远大的多。

为了预防氧化的反应，RO4835通路层压板是采纳了最佳结合的AO增添剂配制而成。除此之外，RO4835通路压板还采纳了与保守RO4350B通路资料相反的处方，内中后者没有断是高功率射频/微波通路的牢靠通路资料基板。因为占有最佳的AO增添剂结合，RO4835层压板需求比RO4350B层压板长达10倍工夫能力到达相反氧化程度。

现实上，除非氧化差别以外，RO4350B层压板正在大功率使用中体现出了优良的临时老化功能。正常状况下，RO4350B层压板的临时老化成绩均与存正在啮合特点的通路相关，如定向啮合器。为了更好天文解通路特色正在通路资料临时老化功能中的作用，将存正在通路特色的资料与以相反形式解决但没有含铜（铜彻底侵蚀掉、没有通路特点）的相反介质资料停止比拟。

此次比拟采纳了罗杰斯公司的RO4350B层压板和RO4350B LoPro?层压板的多种通路构造，通路囊括50 Ω微带线通路、微带线旁边啮合带通滤波器和微带线阶跃阻抗低通滤波器。RO4350B LoPro层压板与公司的RO4350B层压板相反，仅是采纳更为润滑的低轮廓铜箔以升高射频/微波/毫米波频次下的拔出消耗。

图4比拟了两种通路资料的多个临时老化效应。Dk随工夫变迁最大的就是彻底篆刻掉铜箔的资料模本（标识为彻底侵蚀），即袒露的介质资料。该袒露资料上没有通路，是正在+50°C环境下的X波段流动式带状线谐振器榫头中测试其特色。而以50 Ω微带线停止实验的通路，其没有同量度环境下通路表征进去的Dk变迁就小得多。

正在低温下，应用传输线通路对于临时老化停止评价的模本，发觉需求更长的工夫（10~100倍）能力到达与彻底篆刻掉铜箔的模本的相反的氧化程度。图4中也显现了各族没有同量度下的样品的的氧化和Dk变迁量。假如测试通路是正在相反资料上制造的，但薄厚没有同，那样氧化反应也能够没有同。

应用低通阶跃阻抗滤波器钻研老化反应与传输线通路的模本相似。微带线旁边啮合带通滤波器的模本受氧化反应约大。要到达与彻底篆刻掉铜箔的（袒露介质）模本相反的氧化程度，仍需求3~5倍的工夫。紧啮合通路遭到的氧化反应要比松啮合通路大。此外，测试量度没有同其氧化工夫波长也没有同，正在最低温度环境下，因为氧化招致的通路资料Dk的差别则最大。

防焊油墨、帕利灵绝缘层和防潮绝缘胶等使用于通路中，能够升高热固性氧化反应。防焊油墨可明显升高老化反应，但一般也会升高射频功能。当薄厚为25 μm或者之上使用时，帕利灵绝缘层也无助于于将临时老化的氧化反应降至最低程度。HumiSeal也无助于于最大限制地缩小氧化反应，固然有很多类型能够取舍，然而有些类型正在升高老化反应范围更无效一些。

论断

通路资料正在加工日期理事长工夫裸露于低温下，而正在运用进程中会临时裸露正在低温中。临时低温的反应一般被以为是PCB热固性介质资料上的氧化积攒，这能够招致通路资料Dk的偏偏移。肯定通路资料对于临时老化反应的迟钝水平需求停止准确和细心的测试，由于正在形容高频通路资料时，没有同的丈量办法和技能会得出一模一样的丈量后果。取舍准确的测试工法，没有管是基于资料还是基于通路的测试，均可正在Dk和通路建模时需要牢靠的数据。

TMM? 3-D模压成型微波资料

TMM? 热固性微波资料为罗杰斯特有专利货物，是一款对准于高频使用设想的陶瓷、热固性集合物化合资料。该资料有PCB层压板状态或者许模压成型的3D状态，是翻新设想使用的现实资料。其次要要害特点是极低的TCDk，介电常数可掌握正在3~12，低CTE，耐化学性高，以及可模塑成各族外形。