Quale e’ il Materiale Migliore Da Usare Nella Mia Applicazione?

RISPOSTA:

La divisione Microwave Materials della Società Rogers Corporation, offre una vasta scelta di laminati per microonde adatti per quasi tutti i tipi di applicazioni. Alcuni materiali hanno perdite estremamente basse, altri invece sono stabili al variare della temperatura, altri sono rigidi mentre altri, a basso costo, sono studiati specificatamente per applicazioni commerciali. Decidere quale prodotto usare può non essere un compito facile, se non si comprende chiaramente ciò che caratterizza e rende unico ciascuno di questi materiali. Per un determinato progetto, è possibile che più di un materiale possa essere utilizzato, e non c'è nessun materiale che costituisca sempre la migliore soluzione possibile. Le informazioni seguenti sono una guida generale, in funzione del tipo d’applicazione o di caratteristiche ambientali in cui i vari materiali possono essere usati.

Sono state selezionate diverse tipologie d’impiego per ridurre la scelta dei tipi di materiale da considerare. La Tabella 1 riassume questi criteri. Una caratteristica richiesta spesso, ma anche una delle più difficili da valutare è la frequenza limite dei materiali. Questa dipenderà in notevole misura dall’applicazione stessa. Il tipo di circuito che dovrà essere realizzato, (microstriscia o stripline, attivo o passivo, sofisticata elaborazione di segnale o semplice linea di trasmissione), le sue dimensioni fisiche ed i livelli di potenza richiesti, determineranno il limite di frequenza del materiale: pertanto non ci sono dei limiti predeterminati di frequenza per nessuno dei materiali.

Sono state considerate le seguenti tipologie di impieghi (vedi Tab. 1):

Militari (MIL); materiali che soddisfano o sono provati in accordo a specifiche militari.

Commerciali (COM): materiali che sono progettati per applicazioni di basso costo (i materiali di grado militare possono essere usati in applicazioni commerciali ma i prezzi sono più alti).

Multistrato (MLB): le proprietà meccaniche sono tali da permettere affidabili circuiti multistrato (circuiti multistrato, più che semplici circuiti in stripline).

Ibridi (HYBR): Le proprietà meccaniche sono tali da permettere la realizzazione di circuiti ibridi multistrato affidabili in combinazione con FR4.

Larga banda (BROAD): La costante dielettrica permette l’uso in altissima frequenza / larga banda.

Cicli Termici (TEMP): Le proprietà elettriche e meccaniche permettono un uso stabile in condizioni di variazioni di temperatura.

Montaggio superficiale (SURF): le proprietà meccaniche permettono montaggi smt.

Miniaturizzazione (MIN): la costante dielettrica riduce le dimensioni degli elementi circuitali.  

I due prodotti di questa famiglia sono i laminati RT/duroid 5870 (e _r =2,33) e RT/duroid 5880 (e _r =2,2). Questi sono i materiali Rogers più vecchi e furono sviluppati negli anni '60 come alternativa ai materiali in PTFE / tessuto di vetro, con il vantaggio di una migliore isotropia del materiale e costante dielettrica più omogenea. La costante dielettrica, che è la più bassa di tutti gli altri laminati Rogers, ed il basso fattore di perdita, rendono questi materiali più adatti per applicazioni in alta frequenza ed applicazioni a larga banda dove è indispensabile ridurre al minimo dispersioni e perdite. Grazie alle loro caratteristiche di bassissimo assorbimento di acqua, i laminati RT/duroid 5870 e 5880 sono ideali per applicazioni in ambienti con alta umidità.

TABELLA 1. Criteri di selezione dei materiali per microonde Rogers

Ultralam 2000 (PTFE/ tessuto di vetro), classifica militare GX/GT

Il principale vantaggio dei laminati Ultralam 2000 è quello di essere un materiale a basso costo, approvato per applicazioni militari. Applicazioni che richiedono la rispondenza a norme militari (MIL S-13949) ed una riduzione di costo, sono soddisfatte da questo materiale.

RT/duroid 6000 (PTFE / ceramica)

Fanno parte di questa famiglia tre tipi di laminati: gli RT/duroid 6006 (e _r = 6,15) e RT/duroid 6010 (e _r = 10,2), furono sviluppati verso la fine degli anni settanta per fornire un'opzione ai progettisti che desideravano ridurre le dimensioni dei circuiti stampati. L’alto valore della costante dielettrica di questi materiali permette segnali di minore lunghezza d'onda, ed i circuiti possono essere di dimensioni inferiori.

Il laminato RT/Duroid 6002 (e _r = 2,94) fu sviluppato per risolvere molti degli inconvenienti dei laminati in PTFE. Le proprietà che rendono unico questo materiale, introdotto verso la fine degli anni ‘80, sono l’eccellente stabilità della costante dielettrica al variare della temperatura, ed un coefficiente di espansione termica simile a quello del rame. Questo laminato è ideale per applicazioni con variazioni di temperatura (es. nello spazio), per la costruzione di circuiti stampati multistrato grazie all’alta affidabilità dei fori metallizzati, e per applicazioni a frequenze relativamente elevate grazie alle sue basse perdite.

RO3000 (PTFE / ceramica)

La serie 3000, prima di una famiglia di laminati per applicazioni commerciali, è costituita da tre differenti tipi, RO3003 (e _r =3,0), RO3006 (e _r = 6,15) e RO3010 (e _r = 10,2). Questi materiali combinano buone proprietà elettriche in alta frequenza e stabilità in temperatura, ad una frazione del costo dei corrispondenti materiali per applicazioni militari (RT/duroid 6000). Con un CTE simile a quello del rame sull’asse Z ed a quello del FR4 nel piano X-Y, permettono la realizzazione di circuiti ibridi affidabili RO3000/FR4. Il laminato RO3003 può essere usato in applicazioni a frequenze relativamente alte, grazie alle sue ridotte perdite (tand = 0,0013 a 10 GHz).

RO3200 (PTFE / ceramica/tessuto di vetro)

La famiglia di laminati RO3200, è formata dai tipi RO3203 (e _r = 3,02) e 3210 (e _r = 10,2), sviluppati per applicazioni dove sarebbero adatti i materiali della serie RO3000, ma si richieda un dielettrico con maggiore resistenza meccanica. I dielettrici RO3200 sono costruiti combinando strati in PTFE/ceramica con strati in PTFE/tessuto di vetro per aumentarne la rigidità. I laminati della serie RO3200, come quelli della serie RO3000, sono adatti per la realizzazione di multistrato (MLB) e di circuiti ibridi con FR4.

RO4000 (resina termoindurente / tessuto di vetro - ceramica)

Il mercato dei circuiti a microonde si è notevolmente modificato durante gli ultimi decenni, passando da programmi militari che utilizzavano guide d’onda, a programmi commerciali che usano substrati a basso costo. La Rogers Corporation, è sempre stata leader nella tecnologia dei materiali per alta frequenza, offrendo un’ampia selezione di laminati per microonde. I materiali si sono evoluti con il cambiare della tecnologia. Ciascun nuovo prodotto realizzato è stato costruito sui punti di forza dei suoi predecessori, e tenendo presenti le esigenze delle nuove applicazioni. Per far questo, la Rogers ha impegnato notevoli risorse nel gruppo di ricerca e sviluppo per la realizzazione dei materiali del futuro, mentre continua ad assicurare la fornitura di laminati per microonde per tutte le applicazioni attuali.