從電氣和可靠性的角度來看，無玻纖的聚四氟乙烯陶瓷板材相較于非聚四氟乙烯的板材具有明顯的優(yōu)勢。

聚四氟乙烯（PTFE）的介電常數(shù)和損耗因子在傳感器諧振頻率要求的工作溫度范圍內表現(xiàn)出高穩(wěn)定性，幾十年來得到了射頻和微波行業(yè)的廣泛認可。聚四氟乙烯基材上搭配極低粗糙度（ULP，Ultra Low Profile）的電解銅箔，相較于壓延銅箔，其插損更低，成本也更有競爭力。

ADAS 案例為什么現(xiàn)在我們都對ADAS系統(tǒng)中的77/79GHz汽車防撞雷達產(chǎn)品如此感興趣呢？盡管前期數(shù)量不多，但市場的可接受度正變得越來越高，就像很多年前的ABS系統(tǒng)一樣，從開始只有豪華車配置到后來的所有車輛配置，可預見未來幾年其將呈指數(shù)級增長，因為所有的汽車制造商都希望引入ADAS系統(tǒng)。

圖2：77GHz 防撞雷達（博世提供）

圖3：77GHz 防撞雷達（博世提供）

材料特性

PCB中使用的射頻板材必須在非常寬的溫度范圍內保持非常穩(wěn)定的電氣性能。PTFE板材顯示出非常穩(wěn)定的DK / DK(@23C)比值，溫度由-50到 + 150°C(圖4):

圖4：PTFE板材從-50到+150 °C表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的Dk特性

同樣的，Df在同樣的溫度范圍內的變化非常平緩 (圖5):

圖5：PTFE板材從-50 到 +150 °C的Df

而非聚四氟乙烯（Non-PTFE）樹脂有著較高的極性,碳-氧鍵(C-O)容易被極化，其表現(xiàn)為在高頻應用時電氣性能不穩(wěn)定。NF-30是一款不含玻纖的聚四氟乙烯板材，其在X，Y，Z三個方向上的各向一致性非常好。從電氣性能上考量，常規(guī)玻璃纖維布的存在會導致板材在各向之間的差異。當然扁平玻璃布會較常規(guī)玻璃布有一定改善，但也不能完全消除這個差異。“極低粗糙度”電解銅箔（ULP）與傳統(tǒng)的低粗糙度電解銅箔（VLP）相比(圖 6)，ULP銅箔能夠做出更精細的圖形和更嚴的線寬公差。

圖6： ULPH銅箔與VLP銅箔的對比（盧森堡銅箔提供）

更重要的是，插損得到了極大的改善，頻率越高越明顯 (圖7.):

圖7：NF-30 0.5OZ銅箔的極低粗糙度（ULPH），反轉銅（CLH） 與低粗糙度（CH）的插損對比

圖8： 1OZ銅箔的極低粗糙度（ULPH），壓延（RA）與 低粗糙度（HVLP）搭配相同的介質材料，測試至110GHz的插損對比

1oz的極低粗糙度電解銅（ULP）、壓延銅（RA）、低粗糙度電解銅（HVLP）插損的對比。 頻率測至110GHz時， ULP與RA銅相比，優(yōu)勢越來越大 (圖 8).此外， PTFE板材的另一個主要優(yōu)點在于無論采用何種表面處理方式，其銅箔附著力在多次無鉛回流后，仍然能夠保持較高的水平。ULP剝離強度的測試結果與HVLP幾乎一樣(圖 9).

圖9： 0.5OZ極低粗糙度（ULPH）的銅箔經(jīng)過3次與5次IR-Reflow后的剝離強度

DK，插損的測量再好的理論數(shù)據(jù),不如在77GHz測量實際的DK和插損。DK測量采用波導連接器諧振環(huán)測試方法測量微帶線,而插損測量采用不同長度的微帶線。 (圖10).

圖10： Dk與插損的微帶線諧振環(huán)測試圖形

在77GHz測試頻率下，ULP銅箔改善了插損，但是DK比普通銅箔在77GHz時的理論值低了大約0.1 (圖 11).

圖11：NF-30 Dk隨頻率的偏移與銅箔類型有關

這種影響是由于這種銅箔的類型導致的，但很容易在仿真軟件里進行調整。諧振環(huán)S21在-40°C 和 +125°C測量表現(xiàn)了這一點偏移(圖12):

圖12：S21諧振環(huán)測量的在-40°C 和+125°C偏移 （博世提供）

同時諧振環(huán)在78~80GHz的插入損耗也是可以接受的 (圖13):

圖13：S21諧振環(huán)在-40°C 和+125°C測量的插損 （博世提供）

大多數(shù)的77/79 GHz ADAS 線路板是多層混壓板, 只有第1層到第2層是PTFE板材. PTFE板材的高可靠性在以下的288 °C的漂錫測試中得到驗證 (圖 14 a-c):

圖14a: NF-30 288 °C漂錫前

圖14b: NF-30 在做288 °C漂錫

圖14c: NF-30 288 °C漂錫30分鐘后: 沒有起泡，沒有爆板!

使用較厚的厚度20和60mil的NF-30來測試鉆孔，除孔污和電鍍孔 ，很明顯這種無玻纖PTFE板材PTH孔孔壁質量非常高(圖 15)

圖15: 20mil與60mil NF-30的PTH孔

1000次-40°C 到 + 140°C冷熱沖擊循環(huán)是對混壓多層板來說是極大的挑戰(zhàn) (圖 16, 17)

圖16: 混壓多層板的冷熱循環(huán)曲線 -40°C 到 + 140°C 1,000循環(huán)

不管怎樣，1000次循環(huán)測試后沒有任何問題:

圖17：NF-30混壓多層板切片 – NF-30的多層板及盲孔；熱循環(huán)前與熱循環(huán)后

即使經(jīng)過50次的漂錫試驗 (288 °C，10S)，依然顯示出很高的可靠性 (圖18)

圖18：NF-30的混壓多層板經(jīng)過50次漂錫 ( 288 °C 10秒)

高可靠性和電氣性能需要從板材的生產(chǎn)過程到場景應用一直保持著穩(wěn)定的介電常數(shù)。一個眾所周知的顧慮就是陶瓷填料板在PCB制作過程中的藥水吸附問題。NF-30采用更好的配方來減少最常見的化學藥水的滲透問題。 圖19顯示了NF-30與市場的另一款無玻纖結構PTFE介質材料的耐化學藥水吸附測試結果。

圖19:NF-30與其他材料相比，明顯地減少化學藥水的吸收

結論NF-30 是一款高可靠性射頻材料，適用于77/79GHz 汽車防撞雷達的混壓多層板, 純多層板以及雙面板的設計。

參考文獻除了一些特定的引用外，其他所有信息都是Taconic內部測試信息。