PCB技術 - RogersPTFEマトリックス複合材料に対する核照射の影響

宇宙用途では、マイクロ波デバイスとアンテナが核放射線にさらされるため、このシーンで使用されるPTFE材料の耐放射線性は非常に重要です。

機械的性質への影響

Rogers RT / Duroid材料は、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）ベースの複合材料です。その組成には、ガラスマイクロファイバーとセラミックフィラーも含まれています。相対的に言えば、PTFE分子鎖間の結合力が弱いため、PTFEは核放射線による損傷に対して最も脆弱です。ポリマーの場合、分子鎖はファンデルワールス力に依存し、ファンデルワールス力は分子量と密接に関係しています。したがって、特定の機械的強度を実現するには、十分な分子量が必要です。

PTFEに対する照射の主な効果は、照射下で大きなポリマー分子が小さな分子に分裂するため、PTFEの分子量が減少することです。酸素の存在は、放射線によって引き起こされるいくつかの反応において重要な役割を果たします。したがって、このような放射線による損傷は、宇宙の無酸素環境で最小限に抑えられます。

分子量の減少は、脆性の増加、引張強度の減少、弾性率、伸びなどの機械的特性に影響を与えます。

電気的性能への影響

PTFEの機械的特性の変化は、総放射線量にのみ関係し、線量率には関係しないと報告されています。ただし、PTFE樹脂の電荷分布は時間とともに減衰するため、材料の誘電特性に重要な影響を及ぼします。したがって、放射線量率は電気的特性の重要なパラメータです。

放射の過程で、誘電率と損失係数は一時的に増加します。マイクロ波アプリケーションでは、周波数が高いほど、これらの特性に対する照射の影響は少なくなります。

本質的に、PTFEに対する放射線の影響は吸収された放射線の関数であり、放射線の種類とは何の関係もありません。言い換えれば、同じ放射線量のβ線、γ線、X線はかなりの害の影響を及ぼします。放射線研究では、放射線量の単位は通常ラド、1ラド= 100 ERG /グラム（1ラド= 100 ERG /グラム）です。

次の表は、傷害の程度に対応する放射線量を示しています（単位：RAD）

ヴァンアレン帯の場合、通常の放射線量率は10ラド/時間です。この線量率では、PTFEは検出可能な損傷なしに5〜50年間機能します。

実際のアプリケーションでは、Rogers RT / Duroid材料の PTFEマイクロ波ラミネートは主に電気的であり、材料の機械的特性は通常、金属部品によって提供されます。ただし、上記の放射線は、その電気的特性に重大な影響を与えるには十分とは言えません。さらに、PTFEの耐放射線性は、一般に、トランジスタなどのソリッドステート電子デバイスの耐放射線性よりも優れています。