Thiết kế PCB RF thường sử dụng vật liệu gốc PTFE có tổn thất thấp nhờ tổn thất điện môi rất thấp và dải giá trị Dk khả thi rộng. Những vật liệu này sử dụng polytetrafluoroethylene (PTFE) làm vật liệu nền, nhưng đây không phải là thành phần duy nhất trong các vật liệu nhiều lớp này. Ngoài ra còn có các chất gia cường và chất độn được sử dụng để chế tạo vật liệu PCB PTFE nhằm đạt được các đặc tính vật liệu cần thiết.

Vật liệu PTFE thương mại có thể có hoặc không có lớp gia cường, nhưng nhiệm vụ của nhà thiết kế là xác định những gì họ cần để đảm bảo độ tin cậy và chức năng. Trước khi quyết định chọn bất kỳ vật liệu PTFE nào cho tấm ván của mình, hãy đảm bảo bạn hiểu rõ chất độn và lớp gia cường trong tấm PTFE laminate ảnh hưởng đến hoạt động của tấm ván như thế nào.

Thành phần vật liệu trong tấm PTFE Laminate

Vật liệu gốc PTFE bao gồm hai thành phần vật liệu chính quyết định tính chất vật liệu của chúng:

• Gia cố - cung cấp độ cứng
• Chất độn - bột gốm được sử dụng để chế tạo các đặc tính vật liệu

Tấm PTFE laminates được sử dụng trong PCB sử dụng các hạt gốm làm vật liệu độn để thiết kế các đặc tính vật liệu của tấm. Hiệu ứng chính xác lên các đặc tính vật liệu phụ thuộc vào loại gốm được sử dụng và hàm lượng của nó trong chất nền, và đây phần lớn là tài sản trí tuệ của các nhà sản xuất tấm PTFE laminates.

Ngoài việc sử dụng chất độn gốm để tạo ra các đặc tính nhiệt, cơ học và điện từ, các tấm ép làm từ PTFE có thể bao gồm chất gia cố trong ma trận PTFE.

Sợi thủy tinh gia cố

Vật liệu gia cường thủy tinh là vật liệu gia cường tiêu chuẩn được sử dụng trong vật liệu PTFE cho PCB RF. Các vật liệu gia cường này là cùng loại vải thủy tinh dệt được tìm thấy trong các tấm ép epoxy-sợi thủy tinh tiêu chuẩn. Do độ cứng của vật liệu ép PTFE thấp hơn so với FR4, vật liệu gia cường có thể tăng độ cứng tổng thể của bo mạch nếu cần thiết để đảm bảo độ tin cậy. Nó cũng giúp đơn giản hóa việc khoan trên toàn bộ mạch, kể cả trong các mạch ghép lai .

Các kiểu kính điển hình được sử dụng để gia cố bao gồm:

• 1078
• 106
• 1080
• Kính trải/kính phẳng

Các kiểu dệt này khác nhau như thế nào và chúng tạo ra sự khác biệt về đáp ứng pha trên các mạch như thế nào? Nhìn chung, các kiểu dệt hở hơn sẽ tạo ra độ lệch lớn hơn giữa đáp ứng pha mục tiêu của bạn trên một kết nối và đáp ứng pha thực tế (được đo), vốn là hiệu ứng dệt sợi quang cổ điển . Điều này không tốt cho bất kỳ hệ thống nhạy pha nào, chẳng hạn như mảng pha .

Nếu bạn cần thiết kế và sản xuất một hệ thống với đáp ứng pha mục tiêu với độ lệch tối thiểu, thì bạn nên sử dụng kính gia cường dạng trải/phẳng, hoặc không cần gia cường. Ngoài ra còn có kính gia cường dạng không dệt và gốm.

Sợi thủy tinh gia cường không dệt

Ngoài ra còn có một loại gia cường thủy tinh hoàn toàn ngẫu nhiên. Trong vật liệu gốc PTFE này, bạn thường có thể tìm thấy độ cứng cơ học tương tự như trong vật liệu laminate gia cường dệt, nhưng không có hiệu ứng dệt sợi như trong laminate gia cường dệt. Việc sử dụng kính không dệt trong laminate PTFE ít phổ biến hơn nhiều vì không phải nhà sản xuất nào cũng cung cấp tùy chọn này trong vật liệu của họ. Tuy nhiên, nếu có (xem bên dưới), các đặc tính vật liệu của PTFE gia cường dệt và không dệt là tương tự nhau.

Gốm gia cường so với gốm nhồi

Việc sử dụng vật liệu gia cường thủy tinh cho phép sử dụng vật liệu PTFE mỏng hơn trong các cấu trúc PCB, đòi hỏi phải tăng cường độ cứng trong ma trận PTFE. Tuy nhiên, thủy tinh không phải là vật liệu gia cường duy nhất; vật liệu gia cường gốm cũng được sử dụng để tăng độ cứng. Các vật liệu gia cường này cũng có chức năng tương tự như chất độn, nhưng chúng không cung cấp cùng loại gia cường cơ học như sợi thủy tinh.

Tôi đề cập đến gốm như một vật liệu gia cường vì những vật liệu này đôi khi được gọi cụ thể là vật liệu gia cường gốm, chứ không chỉ là vật liệu trám gốm. Vật liệu gia cường gốm không có kiểu dệt, do đó không có hiệu ứng dệt sợi trên tấm PCB. Tuy nhiên, ranh giới giữa vật liệu gia cường gốm và vật liệu trám gốm khá mơ hồ và một số nhà cung cấp có thể sử dụng hai thuật ngữ này thay thế cho nhau. Hãy cẩn thận kiểm tra xem có sự khác biệt đáng kể nào không trước khi quyết định lựa chọn vật liệu.

Không được gia cố

Cuối cùng, còn có loại laminate PTFE không gia cường, chỉ chứa chất độn vi hạt gốm và các chất phụ gia, nhưng không có bất kỳ chất gia cường nào khác. Nhiều sản phẩm laminate gốc PTFE mà bạn tìm thấy trên thị trường có cả loại gia cường và không gia cường. Tôi nghĩ hầu hết các nhà thiết kế đều cho rằng laminate PTFE của họ sẽ không được gia cường, nhưng trừ khi bạn chỉ định chính xác những gì mình cần, bạn sẽ phải phụ thuộc vào nguồn vật liệu dự trữ của nhà máy sản xuất.

Ưu điểm: Tại sao chúng ta lại sử dụng vật liệu không gia cường? Chúng ta nên làm vậy nếu muốn loại bỏ khả năng gia cường tạo ra hiệu ứng đan sợi hoặc lệch dọc theo các mối nối trong vật liệu nền. Đây là ưu điểm chính của những vật liệu này, đặc biệt là khi sử dụng trong các hệ thống tần số rất cao như radar. Ngoài ra,  radar tiên tiến mật độ cao có thể sử dụng  các lỗ mù trên các lớp tích tụ bên ngoài cũng mang lại những lợi ích , cụ thể là:

• Loại bỏ độ lệch trên các đường RF khớp pha
• Loại bỏ các vùng khớp nối nơi các sợi sợi chồng lên nhau

Nhược điểm: Nhược điểm chính của vật liệu PTFE không gia cường là độ cứng kém trước khi được đưa vào hệ thống và lưu hóa. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng lệch pha giữa các lớp, đặc biệt là ở các lỗ khoan và miếng đệm, có thể bị lệch nhẹ. Trên các bo mạch hiện đại mà tôi đã đề cập ở trên, đây có thể là một nguồn suy hao phản hồi đáng kể ở tần số rất cao.