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射频连接器之射频和微波基板和基础材料简介

发布日期:2019-11-18   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:499

术语基板可能会使RF /微波设备,组件和应用的上下文有些混乱。基板通常可以是用于显影半导体或薄膜的绝缘材料(厚膜或薄膜电路或组件),也可以是印刷电路板(PCB)的结构材料。这些电绝缘材料实际上是所有RF /微波电子设备的基础,因此在设备,组件,集成电路,PCB,组件和大多数RF /微波系统的构造中必不可少。

不过,通常来讲,当谈到RF /微波基板时,有硬或软基板。硬质基材也被称为基础材料,是某种类型的陶瓷或绝缘体,用于在其上显影半导体,器件,组件或薄膜,但也可以用于制造更大的器件,例如放大器托盘。软衬底,或者简单地说是微波衬底,通常是用于开发RF /微波PCB的材料。


关键参数

不论命名如何,RF /微波基板均具有几个关键的电气和机械特性,这些特性决定了它们对给定应用的适用性。这包括介电特性,耗散(损耗角正切),表面的物理粗糙度,导热率以及绝缘材料承受高压的能力(介电强度)。重要的是要注意,某些材料(例如GaN,蓝宝石和二氧化钛)是电各向异性的,这意味着材料的介电常数取决于电场相对于材料3D矩阵的晶轴的确切方向。这可以是平行或垂直。

介电常数

介电常数或相对介电常数是相对于室温下的空气的介电性能的量度。介电常数决定了穿过材料的电场的行为,并且是频率的函数。对于高频应用,低介电常数是可取的,因为这可以最小化走线和导电结构之间产生的寄生电容。这个因素还决定了平面结构的几何形状,例如微带线和带状线传输线以及天线。因此,可以在具有较低介电常数值的材料上形成更紧凑的结构。

损耗角正切

介电损耗角正切或耗散因数是材料内吸收的电磁能和热量散失的量度。可以理解,具有低损耗正切的材料对于高性能和高功率应用而言是理想的,因为这将使传输线内或沿结构的损耗量最小化。材料的损耗角正切也是频率的函数。

表面粗糙度

材料的表面粗糙度是衡量表面光滑度的标准。对于某些应用,需要精确的表面粗糙度,其中太光滑或太粗糙的表面都会导致材料性能下降。这通常与粘附特性和沉积在材料上的层的分辨率有关。

导热系数

导热率是衡量材料通过其整体传导热量的程度的度量。对于大功率应用,这是非常重要的特性,因为通常使用基板将功率器件的导电基座和散热器分开。在这些情况下,导热不良的基板可能会大大降低堆叠的整体导热系数,并限制器件的性能。

介电强度

该参数是必要的电场强度的量度,以开始从绝缘材料中剥离电子器件。对于高电压和高功率应用,这是一个重要参数,因为这可能是设备操作的限制因素。

常见的射频和微波基板和基础材料(硬和软基板)的介电和材料特性

材料

Dielectric Permittivity at 10 GHz

Loss Tangent at 10 GHz (10e4 tan)

Surface Roughness (um)

Thermal Conductivity (W/mK)

Dielectric Strength (kV/cm)

Soft or Hard Substrate

Alumina (Al2O3)

9.9

1-2

0.05-0.25

30-37

4000

Hard

Aluminum Nitride (AlN)

8.9

3-5

0.05-0.6

150-170

150

Hard

Beryllium Oxide (BeO)

6.6

1

0.05-1.25

250-330

100-140

Hard

Gallium Arsenide (GaAs)

12.85

6

0.025

30

350

Hard

Gallium Nitride (GaN)

9.5/10.4

0.025

66-225

4000

Hard

Glass (typical)

4-7

1

0.025

0.8-1.2

350

Hard

Ferrite/garnet

13-16

2

0.25

3

120

Hard

Indium Phosphide (InP)

12.4

10

0.025

40

350

Hard

Quartz

308

1

<0.001<>

2

200-400

Hard

Low Temperature Cold Fired Ceramic (LTCC)

7.8

15

0.22

30

400

Hard

Sapphire

9.0/11.6

0.4-0.7

<0.001<>

23-25

4×10^3

Hard

Silicon (Si)

11.9

10-100

<0.001<>

100-150

300

Hard

Silicon Carbide (SiC)

10.8

20

<0.001<>

120-200

2.5×10^3

Hard

Titanium Dioxide (TiO2)

90/170

2-50

0.25-2.5

7.4/10.4

40-80

Hard

Duroid 5870

2.33

12

0.26

Soft

Duroid 5880

2.2

12

0.26

Soft

Duroid 6002

2.94

12

0.44

Soft

Duroid 6010

10.2-10.8

27

0.48

Soft

Duroid R/flex 3700

2

20

Soft

Duroid RO3003

3

13

0.50

Soft

Duroid RO3006

6.15

25

0.61

Soft

Duroid RO3010

10.2

35

0.66

Soft

Duroid RO4003

3.38

27

0.64

Soft

Duroid RO4350B

3.48

40

0.62

Soft

TMM 3

3.27

20

0.7

Soft

TMM 4

4.5

20

0.7

Soft

TMM 6

6

23

0.72

Soft

TMM 10

9.2

22

0.76

Soft

TMM 10i

9.8

20

0.76

Soft

CuFlon

3.05

30

.025

Soft

CLTE

2.94

0.0025

0.5

Soft

FR-4

4.5-4.8

220

~6

0.16

Soft

N7000-l

2.94

0.0025

0.25<=tc<=0.5<>

Soft

Norclad

3.8

11

0.23

Soft

Polyimide

2.3-13.4

50

0.04-1.7

Soft

PTFE (Teflon)

3.05

30

0.25

Soft

TacLamPlus

2.1

0.0004

0.25

Soft


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