Диэлектрические материалы

По составу и свойствам все диэлектрические материалы можно разделить на две большие группы:

1) органические материалы на основе углерода;

2) неорганические материалы на основе оксидов.

Представителями первой группы являются полимеры, которые благодаря высокому удельному сопротивлению, низкой стоимости и технологичности завоёвывают всё более прочные позиции среди диэлектрических материалов. Небольшое число неполярных линейных полимеров (полистирол, полиэтилен, полипропилен, фторопласт-4) составляют группу сверхвысокочастотных диэлектриков. Среди них наиболее перспективен фторопласт-4 (- СF2 -)n, имеющий очень высокое удельное сопротивление (10¹⁸ Ом*⋅м) и низкий tgδ (2*10^-4) на частотах до 10¹⁰ Гц. В отличие от других линейных полимеров фторопласт-4 термо- и хладостоек и сохраняет работоспособность в интервале температур от –270 до +300^oC. Остальные неполярные материалы СВЧ-техники имеют сравнительно невысокую температуру размягчения и легко получаются в виде очень тонкой плёнки высокого качества. Эти свойства позволяют широко применять их при производстве конденсаторов.

Среди композиционных материалов на основе полимеров, используемых для создания печатных плат, следует выделить стеклотекстолит, состоящий из стеклоткани, пропитан-ной смолами. В качестве связующего могут использоваться фенолформальдегидные, эпоксидные и кремнийорганические смолы. Среди слоистых пластиков, к которым также относятся гетинакс и текстолит, стеклотекстолит обладает лучшими механическими и тепловыми свойствами и является основным материалом при изготовлении печатных плат.

Типичным представителем группы неорганических материалов является керамика, получаемая путём спекания порошкообразного сырья при температуре, несколько меньшей температуры плавления. По строению керамика относится к ионным кристаллам, для неё характерна преимущественно ионная поляризация. В зависимости от состава и технологии изготовления керамика может обладать значениями ε и tgδ, лежащими в очень широком диапазоне, что в свою очередь, расширяет спектр ее применения. Лучшие виды керамических материалов применяют в технике усиления СВЧ. Керамики на основе окиси титана TiO₂ и титаната бария BaTiO₃ отличается исключительно высокими значениями ε и поэтому находит применение в качестве диэлектриков для конденсаторов.

Керамические материалы типа ВК-94-1 (22ХС) и поликор относятся к высокоглиноземной керамике (ВК-94-1 содержит 96% Al₂O₃, а поликор – 99,5% Al₂O₃). Эта группа материалов имеет очень низкие диэлектрические потери в диапазоне радиочастот и небольшие значения ε (несколько единиц).

Кроме того, они обладают повышенной нагревостойкостью (до 1660 ^оС) и хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать их в качестве подложек для гибридных ИС с целью отвода выделяемого кристаллами тепла. Значения параметров рассматрива-емых в работе диэлектриков приведены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1

Материал Параметры

ε при f = 10⁶ Гц tgδ при f = 10⁶ Гц ρ_v, Ом·см E _пр, кВ/мм

Фторопласт

армированный 2,55

Фторопласт-4Д 1,9 – 2,1 0,0002 – 0,0003 10¹⁴ - 10¹⁶ 40 – 250

Стеклотекстолит 5…6 0,005 – до 0,02 10¹⁴ – 10¹⁵ 20 - 30

Поликор 10,5 2·10^-4 10¹² 30 – 35

ВК-94-1 10,3 (5…6)·10^-4 10¹⁴ 35 - 45