微波材料不僅起著在電路板上連接或分離電路走線和接地線的作用，它們還必須將縮短元器件壽命的熱量擴散出去。此外，即便在新設(shè)計吁求更大功率和更高熱穩(wěn)定性的情況下，材料也還必須對電路在不同溫度條件下的長期穩(wěn)定工作提供支撐。為支持未來的設(shè)計，材料在變得越來越復(fù)雜的同時，還有望提供更高的導(dǎo)熱率、更低的損耗以及其它方面的改進。目前的材料加工方法源自納米技術(shù)和可調(diào)技術(shù)等各種方案。但無論它們采用哪些方法，材料的進步正孕育出新一代器件、半導(dǎo)體和系統(tǒng)。

例如，Arlon公司的一篇論文討論了材料將對系統(tǒng)產(chǎn)生怎樣的影響。該論文稱，與印刷電路板(PCB)使用的傳統(tǒng)基板材料相比，導(dǎo)熱基板具有若干優(yōu)勢，通過增加層壓板的導(dǎo)熱性，工程師可以保證將熱量從對溫度敏感的器件和焊點處擴散出去。器件引出接點的最高溫度被降至最低，從而延長器件的使用壽命、提高設(shè)計可靠性。此外，由熱膨脹系數(shù)引起的熱漂移效應(yīng)被減至最小，因此還降低了對加工硬化的要求。

如果選用了合適的工程陶瓷，當發(fā)生溫漂時，微波層壓材料將具有更高的相穩(wěn)定性。例如，相穩(wěn)定的陶瓷可以抑制微波層壓板所用的低損耗聚四氟乙烯(PTFE)樹脂的溫度敏感性，因此，設(shè)計師可以將工作溫度變化導(dǎo)致的介電常數(shù)漂移所造成的非一致性頻率響應(yīng)降至最低。另一方面，借助在特定頻點共振頻率的顯著變化以及帶寬滾降，天線設(shè)計可以實現(xiàn)更低的增益性能。該論文指出：特別是在高頻應(yīng)用，電損耗低的材料可降低諸如耦合器、濾波器和饋送網(wǎng)絡(luò)等無源元器件的發(fā)熱?？赏ㄟ^x/y或z任一方向?qū)釓挠性丛骷U散出去的材料，有助于提升這些元器件的可靠性。

RF和微波應(yīng)用要求損耗低、介電常數(shù)的變化要小。傳統(tǒng)上，具有這些屬性的材料包括PTFE和其它低損耗熱固樹脂聚合物。根據(jù)Arlon的論文，無紡玻璃纖維增強型PTFE的介電常數(shù)約在2.2至2.33之間。與此相比，有紡玻璃纖維增強型PTFE的介電常數(shù)約在2.2至3.0以上。在添加陶瓷填料后，基于PTFE材料的介電常數(shù)可達10.2或更高。

聚四氟乙烯最初是由W.L. Gore & Associates生產(chǎn)的。目前，Gore提供類似GORE snapSHOT那樣的電磁干擾(EMI)屏蔽方案。snapSHOT是一種用于無線通信設(shè)備的多腔、板級電磁干擾屏蔽產(chǎn)品，它本質(zhì)上是一種重量輕的金屬化塑料屏蔽材料，可針對任何應(yīng)用進行熱成型處理。它具有將焊球用作獨特卡固結(jié)構(gòu)的附接特性。僅對該屏蔽材料的外部進行金屬化鍍錫處理，其內(nèi)表面仍是絕緣的。與采用現(xiàn)有屏蔽方案的電路設(shè)計相比，采用該屏蔽材料可將地電位導(dǎo)線做得更窄、器件間距做得更小、整體厚度做得更薄。

該公司還針對芯片封裝基板和PCB推出了一系列復(fù)合有機電介質(zhì)材料。例如，GORE G410預(yù)浸有機基板據(jù)稱能以改良的PCB構(gòu)造技術(shù)，制造出可靠、高性能的單芯片基板封裝。

Rogers是另一家在微波材料領(lǐng)域源遠流長的公司。今年在美國舉行的“IMAPS器件封裝”展上，該公司重點推介了RO2808和ULTRALAM 3000層壓板。RO2808陶瓷填充PTFE材料的介電常數(shù)高達7.6。該公司介紹道，這種材料具有與低溫共燒陶瓷(LTCC)基板相當?shù)姆€(wěn)定性和高頻性能。RO2808材料的損耗角正切值低至0.002以內(nèi)，板材可薄至1mil(1/1,000英寸)，能用于非常小型化的設(shè)計。

Rogers的ULTRALAM 3000系列液晶聚合物(LCP)電路材料的特點，是具有低且穩(wěn)定的介電常數(shù)(2.9)。其吸收的水分不到材料總重的0.04%。這些雙面覆銅層壓板具有0.001、0.002和0.004英寸非常薄的結(jié)構(gòu)。

Rogers公司自稱是第一家提供用于高頻材料阻性銅箔的公司。最近，該公司攜手Ohmega Technologies一起開發(fā)RT/duroid 6002PR和RT/duroid 6202PR材料。雖然這兩種材料類似，但RT/duroid 6202PR為了使薄的電介材料具有更好的機械強度，有限度地使用了編織玻璃纖維。這一開發(fā)的目標是大幅降低電阻變化。對高頻率材料而言，電阻變化往往可達20%以上。采用RT/duroid 6002PR和RT/duroid 6202PR可將變化控制在10%以內(nèi)。

為給多層設(shè)計提供高水平的尺寸穩(wěn)定性和配準一致性，Arlon的CLTE-AT微彌散陶瓷PTFE復(fù)合材料采用了有紡玻璃纖維增強技術(shù)。該復(fù)合材料以其0.0013的損耗角正切值而獨樹一幟。CLTE-AT還采用了平均表面粗糙度(Rz)小于4.0μm的更光整的銅材，而許多競爭產(chǎn)品使用的是9到10μm較粗糙的銅。因此，它承諾在保持薄層板上的細導(dǎo)線所需的剝離強度的同時，可減小插入損耗和傳輸線阻抗。在約200MHz頻率下，CLTE-AT具有3.0的電介常數(shù)，其X和Y軸的熱膨脹系數(shù)(CTE)僅為8ppm/℃，而Z軸的是20ppm/℃。

為提高手機功率放大器的效率，意法半導(dǎo)體(ST)和Paratek已展開合作，共同推動Paratek下一代ParaScan材料的大批量生產(chǎn)。這兩家公司計劃聯(lián)合開發(fā)可提高手機總輻射功率(TRP)的可調(diào)產(chǎn)品?；赟T的集成無源和有源器件(IPAD)技術(shù)，這兩家公司計劃利用ParaScan材料研制出高品質(zhì)、高可靠的可調(diào)電容器。

這些可調(diào)電容可用來實現(xiàn)無線手持設(shè)備的動態(tài)阻抗匹配，這樣在降低通話掉線和漏接可能性的同時，可調(diào)電容還提升了功放效率、延長了電池續(xù)航時間。借助射頻調(diào)諧，經(jīng)由自適應(yīng)阻抗匹配電路，手機天線能更高效地工作。因為天線可以做得更小，所以這種技術(shù)還能讓制造商制造出更小、更薄、更具差異性的手機產(chǎn)品。

另一個以材料為紐帶、旨在幫助手持設(shè)備制造商推出小型化產(chǎn)品的合作關(guān)系，是通過整合實現(xiàn)的。具體說，就是SABIC Innovative Plastics和LPKF Laser & Electronics AG攜手，將LPKF的激光導(dǎo)引建構(gòu)(LDS)技術(shù)與SABIC Innovative Plastics的材料結(jié)合起來。當今的原始設(shè)備制造商(OEM)利用在塑料部件內(nèi)整合了電路導(dǎo)線、采用LDS技術(shù)制造的模壓互連器件。激光在模壓塑料外殼上雕刻出一個復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，以準備進行金屬化處理。歸功于這一合作，現(xiàn)在可將電子和機械功能整合在一起，如單一模塊內(nèi)的手機天線(圖1)。

圖1：通過聯(lián)合采用LDS技術(shù)與特殊材料，可實現(xiàn)單一模塊內(nèi)的手機天線。

一些人預(yù)測，未來氧化鋅(ZnO)將涵蓋從薄膜晶體管到傳感器等許多應(yīng)用。氧化鋅經(jīng)常與其它材料結(jié)合起來使用，或者也可將其制作成新型納米結(jié)構(gòu)，每個都有自己獨特的性質(zhì)。此外，Rogers正完成一種主要用于機載天線應(yīng)用的新型高頻材料——RT/duroid 5880LZ的開發(fā)。該材料的介電常數(shù)為1.96、介電常數(shù)的溫度系數(shù)是+22ppm/℃、密度是1.37gm/cm³(比PTFE/玻璃輕30%)。

展望未來，材料方面的進步也將越來越多地以軟件為中心，因為工程師越來越多地求助軟件來模擬其電路板材料或真實世界的設(shè)計問題。例如，DuPont Microcircuit Materials和CAD Design Software這兩家公司已宣布，他們已為陶瓷(混合/MCM-LTCC)電路設(shè)計，將杜邦的GreenTape LTCC材料和制造工藝整合進CAD Design Software的電子設(shè)計自動化(EDA)設(shè)計工具中(圖2)。

圖2：軟件工具經(jīng)過了定制以便采用LTCC材料和制造工藝。

通過整合杜邦的Green Tape 951和943系統(tǒng)，CAD Design Software的陶瓷設(shè)計工具自動處理杜邦公司建議采用的LTCC工藝。從CAD Design Software的材料庫內(nèi)選用材料的能力，允許用戶設(shè)置自定義的技術(shù)參數(shù)來啟動一種陶瓷設(shè)計，或從預(yù)設(shè)置的技術(shù)文件清單內(nèi)，選用一種技術(shù)。此外，為簡化陶瓷設(shè)計流程，CAD Design Software還整合了許多CAM工具。

作者：Nancy Friedrich

《Microwaves & RF》