 在印制电聽面进行的三防涂覆是一种广泛应用的防潮、防霉、防盐雾的工艺措施，但这种措施较少应用在工作于高频段的印制电路上。通过理论分析、仿真建模、样件试验等手段，探讨了三防涂覆对印制电路射频性能的影响。三防涂覆作为提高印制电路组件环境适应性的重要手段，已被广泛采用。但目前，进行三防涂覆的印制电路工作频率较低，基本在２ＧＨz以下，对于工作在更高频段的印制电路，通常不进行三防涂覆，这样，不利于印制电路组件在恶劣环境下使用。伴随着民品和军品对于齊低频复合基板研究而来的，是迫切需要提高这类产品的环境适应性。 本文围绕三防涂料对印制电路的射频性能影响展开研究，通过仿真建模、试验验证等手段，对这种影响进行定性和定量的分析，为印制电路三防涂料的选用提供参考。 １ 理论与仿真分析 1.1理论分析 对印制电路进行三防涂覆，是在其基板、元器件以及焊点表面生成致密的保护膜。三防涂料对印制电路组件射频性能的影响，主要体现在对基板表面电路射频性能的影响，而基板上的表面电路基本是微带传输结构，因此，研究三防涂料对印制电路射频性能的影响可以具化到研究三防涂料对微带传输线性能的影响。 微带线的结构及其导波场的结构如图１所示。  Ｗ是导体带宽度，ｔ是导体带厚度，Ａ是微带线填充介质厚度，微带线内传播的为准ＴＥＭ波，其相速度、波长及波阻抗的表达式为［１］：  式中：εr是介质基片的介电常数；＝３×ｍ／Ｓ为自由空间中平面电磁波速；λ为自由空间中波长；εrc为等效相对介电常数。  式中：是实际微带线的等效电容；是填充空气的分布电容。等效介电常数也可以通过下面公式计算：  当印制电路表面覆盖三防涂料形成的保护膜后，其等效相对介电常数发生变化，从而带来波阻抗及损耗的变化。影响的大小主要与涂覆材料的厚度、介电常数有关［２］。 1.2建模仿真 在HFSS内建立仿真模型［３-４］，如图２所示。  仿真时选用常见的ＲO4003B为印制电路基材，建立特征阻抗为50Ω的微带传输线模型，其中微带传输线１的表面覆盖一层三防涂料，微带传输线２的表面不覆盖。三防涂料则选取工程上常见的丙烯酸树脂（AR型）-HPA。当三防涂料涂覆在传输线表面时，仿真其对传输线的性能造成的影响。 1.3仿真结果及分析 对图２所示的模型进行仿真运算，得到DC-10GHz频段内传输线１和传输线２的插入损耗、回波损耗、特性阻抗、相位一致性等参数的仿真结果，如图（３-５）所示。  从仿真结果来看，传输线１同传输线２相比较，其特征阻抗降低，插入损耗、回波损耗、相位损耗增加，说明在微带线表面涂覆三防材料会影响微带线的电气结构参数，提高了微带线的等效相对介电常数。 调整三防涂料的涂覆厚度，将三防涂料介质层的厚度设置为０μm、30μm、60μm、90μm，发现随着涂层厚度的增加，对传输线１射频性能的影响也随之改变。总体来说，涂层越厚、频率越高，射频性能就越差，如图６和图７所示。   通过上述的仿真结果可以看出，三防涂层会引起印制电路组件表面电路电气结构参数的变化，从而对印制电路射频性能产生明显的影响，这种影响是非良性的，但可以通过改变产品电气设计参数来进行弥补。 在实际应用中，为了提高印制电路的环境适应性而必须牺牲一部分射频性能时，除了考虑三防涂覆的厚度外，选择合适的三防涂覆材料也可以降低这种不良影响，而且后者的可操作性更高。因此，通过样件验证，进一步探索不同的三防材料对印制电路射频性能的影响。 2 样件性能测试结果分析 2.1样件设计 本文以指标便于量化的片式滤波器作为试验样件。样件群包含８个不同工作频段的带通滤波器，设计的工作频段覆盖３.2-21.1GHz，见表１，样件实物如图８所示。  选择了３种三防涂料，性能参数见表２。  ２.2试验方法 将每种滤波器分为３组，每组至少３个样件，分别喷涂表２中所列的三防涂料，比较涂覆三防材料前后的测试数据，对比在不同频率下，三防涂料对滤波器性能的影响。 ２.3测试结果 ８种滤波器，３种三防涂覆材料，需要进行２４组测试数据的对比。选取有代表性的２种滤波器（滤波器３、滤波器６）在三防涂覆前后的测试数据进行说明。 滤波器３设计工作频段为６-８ＧＨｚ，三防涂覆前后的测试数据如图（９-11）所示。   在滤波器３的工作频段，３种三防涂覆材料都使得滤波器的波形前移、插损增加，但波形前移的幅度ＨＰＡ＜ＤＣｌ-2577≈石墨烯。从涂覆引起的插损变化看，ＨＰＡ引起的变化最小，ＤＣ１-2577和石墨烯的差别不大，如图１２所示。  滤波器６设计工作频段１２～１５ＧＨｚ，三防涂覆前后的测试数据如图（１３-１５）所示。  在滤波器６的工作频段，三防涂覆使得滤波器波形前移、插损增加，滤波器曲线波动增加。虽然３种涂料对性能的影响ＨＰＡ＜ＤＣ１-2577＜石墨烯，但总体来说，此工作频段的印制电路表面，已经不适宜喷涂这３种三防涂料了。 ３种三防涂料对样件性能的影响，见表（３-５）。  因为带通滤波器的截止频率同滤波器等效电容成反比，在理论与仿真一节中，已经明确三防涂料会增加微带线传输线的等效相对节点常数，也就是：会增加传输线的等效电容，因此，滤波器的截止频率会降低，表现为通带的前移。 分析各频段样件三防涂覆前后的测试结果，将ＤＣ１－2577、ＨＰＡ和石墨烯的性能进行比对，可以得到ＨＰＡ对样件的射频性能影响最小。12GHz以上的印制电路表面，这３种三防涂覆都不适用。而在12ＧＨｚ之前，这３种三防涂料引起的滤波器的性能变化，主要是由于三防涂料改变了滤波器各段传输线的等效相对介电常数，从而改变了各段传输线的特征阻抗引起的，可以通过设计进行弥补。 ３ 结论 本文以提高印制电路环境适应性为研究方向从仿真数据和实测数据两个方面验证了三防涂料对印制电路射频性能的影响，为射频工程师提供参考。 |
