PCB技術 - 核輻射對 Rogers PTFE 基複合材料的影響

在空間應用中，微波器件和天線都會受到核輻射，因此在這個場景中使用的聚四氟乙烯材料的抗輻射性能非常重要。

對機械性能的影響

Rogers RT/Duroid 材料是一種基於 PTFE（聚四氟乙烯）的複合材料。其成分還包括玻璃微纖維和陶瓷填料。相對而言，聚四氟乙烯最容易受到核輻射損傷，因為聚四氟乙烯分子鏈之間的結合力較弱。對於聚合物，分子鏈依賴於范德華力，范德華力與分子量密切相關。因此，要達到特定的機械強度，就必須具有足夠的分子量。

輻照對聚四氟乙烯的主要作用是在輻照作用下，聚合物大分子分裂成小分子，從而使聚四氟乙烯的分子量降低。氧的存在在輻射引起的某些反應中起著重要作用。因此，在太空無氧環境中，這種輻射損傷將被最小化。

分子量的降低會影響力學性能，包括脆性增加，拉伸強度、彈性模量和伸長率降低。

對電氣性能的影響

據報導，PTFE力學性能的變化僅與總輻射劑量有關，與劑量率無關。然而，聚四氟乙烯樹脂中的電荷分佈會隨時間衰減，這對材料的介電性能有重要影響。因此，輻射劑量率是電性能的重要參數。

在輻射過程中，介電常數和損耗因子會短暫增加。在微波應用中，頻率越高，輻射對這些特性的影響就越小。

從本質上講，輻射對聚四氟乙烯的影響是吸收輻射的函數，與輻射的類型無關。也就是說，相同輻射劑量的β-射線、γ-射線、X-射線具有相當大的危害作用。在輻射研究中，輻射劑量的單位通常是rad，1 rad = 100 ERGs/克（1 rad = 100 ERGs/克）。

下表為受傷程度對應的輻射劑量（單位：RAD）

對於範艾倫帶，通常的輻射劑量率為 10 拉德/小時。在這個劑量率下，聚四氟乙烯可以工作 5 到 50 年而沒有可檢測到的損壞。

在實際應用中，Rogers RT/Duroid 材料 PTFE 微波層壓板主要是電氣方面的，材料的機械性能通常由金屬部件提供。然而，上述輻射遠遠不足以對其電氣性能產生重大影響。此外，聚四氟乙烯的耐輻射性一般優於晶體管等固態電子器件。