高頻微波技術 - DF值僅為0.005的kappa 438是高頻材料的選擇

當FR-4 PCB材料向更高性能材料的過渡通常並不像人們想像的那麼簡單。當轉變明顯時，可能需要解決許多意想不到的問題。這些問題有的可能與電路設計有關，有的可能與PCB 製造工藝有關。

由於電路性能的損失，從FR-4 PCB 材料過渡到高頻PCB 材料是必要的。對於特定電路，可接受的插入損耗量可能因應用而異。材料的損耗按損耗因子（DF）分類，對於低損耗、中損耗和高損耗材料來說，這是相當主觀的。根據經驗，本文將它們分類如下： 高損耗材料的 DF 值為 0.015 或更高，這是許多 FR-4 材料的普遍值；一些高性能FR-4材料的損耗較低，其中一些DF值為0.010，這些材料被歸類為中等損耗材料；低損耗材料的DF值通常在0.004以下；極低損耗材料 DF 為 0.002 或更小。DF 範圍為 0.004-0.010 的低損耗和中損耗材料之間存在灰色區域。

除了損耗的差異外，切換到高頻材料可能需要進行重大的設計更改。這些變化主要是由於FR-4材料的介電常數（DK）約為4.2-4.5，而許多高頻層壓板的DK值非常低。DK的變化可能會導致阻抗差異，因此在設計中往往需要改變佈線佈局。此外，FR-4 層壓板的厚度可能不會隨著層壓板的預期厚度而變化，以保持層壓板的所需厚度。

另一個問題與PCB 製造工藝有關。一些高頻材料以 PTFE 為基礎，可能需要與 FR-4 材料不同的加工參數。

FR-4 還有其他促進因素。由於高頻行業的需求，大多數高頻材料的DK公差比FR-4更嚴格，基板的厚度控制也更嚴格。這些嚴格控制的層壓板特性非常有利於構建阻抗窄的可控阻抗板。此外，高頻材料通常具有非常低的吸濕性，對於某些應用，這對於性能增益可能比材料的較低 DF 更重要。此外，高頻材料通常製成介電常數溫度係數（tcdk）低，這是DK隨溫度變化的量度。對於某些應用，tcdk 可能比損耗更重要，這是使用高頻層壓板的另一個原因。

幸運的是，新的PCB材料在不斷發展，其中很多是FR-4 PCB 材料與高頻 PCB之間的橋樑  材料。例如，Rogers kappa 438 Gamma 它具有許多類似於 FR-4 的特性，同時提供了許多與高頻材料相關的優勢。其DF值為0.005，不低於真正的低損耗材料，但與中損耗或高損耗的FR-4材料相比，損耗明顯改善。Kappa 438 Gamma 發展到與許多常用的FR-4材料具有相同的DK，其DK為4.38，這意味著在更換FR-4時，無需對電路設計進行重大更改即可使用。此外，其DK公差比大多數FR-4材料更嚴格，精度為±0.05。Kappa 438 Gamma 其CTE在高級PCB 結構範圍內，可以使用與FR-4相同的工藝。

當然，對於PCB結構來說，當換成任何不同的材料時，建議PCB 廠商在每個具體的結構中優化材料的工藝。但好消息是，如果非要從 FR-4 切換到高頻、低損耗的材料，技術人員可以選擇的電路板材料還是很多的。

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