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PCB資訊

PCB資訊 - 高速電路板與高頻電路板的區別

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高速電路板與高頻電路板的區別
2022-08-05
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Author:電路板      分享文章

隨著5G通信的發展和建設,電子設備行業對高頻高速電路板的需求越來越大。 由於使用環境不同,高頻電路板和高速電路板有很多共同的特點,也有一些區別。 本文結合高頻高速電路板的使用環境和板材樹脂體系,闡述了高頻電路板和高速電路板各自的特點,並對高頻電路板和高速電路板的未來發展進行了展望。

高頻電路板

高頻電路板

一、5G網路對高頻高速電路板塊的需求

5G,第五代移動通信。 蜂窩移動通信從類比通信(1G)發展到現在流行的LTE(4G),經歷了四次陞級。 2012年以來,5G網路的研究和測試進展迅速。 過去,從1G到4G,主要場景是人與人之間的網路通信,而5G網路將滿足萬物互聯,開啟新一輪資訊網路革命。 5G通信產業鏈主要包括以下五個重要環節:


(1)網路規劃設計(初步科技研究和網路建設規劃)。

(2)無線主要設備(核心網、基站天線、射頻器件、光器件/光模組、小基站等,無線配套、網路覆蓋和優化環節開始部署)。

(3)傳輸設備(無線設備之後需要有線傳輸連結,其次是光纖光纜、系統集成、IT支援、增值服務等)。

(4)終端設備(晶片與終端匹配)。

(5)運營商。


除了以上五個重要環節,下麵兩個環節也很重要:

(6)PCB/CCL產業鏈(用於基站射頻、基帶處理單元、IDC和核心網路由器等)。

(7)介質波導濾波器(基站射頻)。


在5G建設過程中,不同行業產品工作使用的頻帶不同,進而導致不同行業不同產品對高頻高速電路板材的要求不同。 可見,5G網路是多頻段微波的綜合應用。 囙此,不同行業的產品選擇高速電路板和高頻電路板會有所不同。


2、高頻高速電路板的特點

2.1 高頻高速材料的介電常數和介質損耗(Dk Df)

說到高頻高速電路板,難免要講兩個概念“介電常數-Dk”和“介電損耗-Df”。 用於高速數位化訊號傳輸的PCB介質層,不僅起到導體之間的絕緣層的作用,更重要的是它起著“特性阻抗”的作用,還影響訊號傳送速率、訊號衰减和發熱。

介質損耗(Df)的大小表示訊號傳輸的衰减程度。 這種訊號傳輸的衰减往往是產生熱量而消耗。 隨著高頻高速數位訊號傳輸,訊號衰减和熱耗必然隨著高頻化高速數位化的訊號傳輸而迅速新增。 對於高頻化和高速數位化訊號傳輸來說,介質損耗(Df)越小越好。

在高速產品和高頻產品的發展過程中,都是要求板材的介電常數(Dk)和介質損耗(Df)向更小的方向發展。 但高頻產品和高速產品對板材的需求仍存在一定差异。


2.2 高速材料特性

高速產品更注重板材的介電損耗(Df)。 市場上常用的高速材料的等級也是根據介電損耗(Df)的大小來劃分的。 不同的基板材料根據基板的介電損耗分為常規損耗、中損耗、低損耗、極低損耗、超低損耗。) 五個傳輸訊號損耗對應等級。

高頻電路板

高頻電路板

2.3 高頻材料特性

與高速材料相比,高頻材料更注重材料介電常數(Dk)的大小和變化。 高頻產品對材料介電常數(Dk)的變化非常敏感。 囙此,高頻材料的重點是介電常數(Dk)的穩定性,以及材料介質厚度、材料的溫漂係數以及材料的頻閃效能。 業界對於高頻材料並沒有明確的分類標準,但是很多PCB廠家根據材料的介電常數(Dk)粗略地對高頻電路板進行分類。 具有相同介電常數(Dk)的材料被認為是相似的,可以相互替代。

在高頻材料領域也有一種慣用的劃分管道,即將材料分為聚四氟乙烯材料和非聚四氟乙烯材料。 這與高頻產品的應用領域密切相關。 當前的射頻領域可以分為兩部分。 一是頻率在6GHZ以下常用的頻率有3.5GHZ、2.7GHZ、1.8GHZ。 主要產品為功率放大器,天線校準器,陣子等產品。 另一部分是20GHZ以上毫米波領域常用的頻率有24GHZ、66GHZ、77GHZ,主要產品為雷達產品。 這主要是因為隨著頻率的新增,非聚四氟乙烯產品的頻閃效應、介電損耗對訊號傳輸的影響急劇增加,而聚四氟乙烯材料具有更好的效能特性。


3、高頻高速電路板發展前景

傳統覆銅板材料傳輸損耗大,無法滿足高頻訊號傳輸品質的要求。 囙此,5G通信使用的PCB基板材料最重要的效能是滿足高頻高速的要求,以及一體化、小型化、輕量化、多功能和高可靠性的要求。 特別是樹脂材料要求低介電常數(Dk)、低介質損耗(Df)、低熱膨脹係數(CTE)和高導熱係數。 現時,以聚四氟乙烯(PTFE)熱塑性材料和碳氫樹脂(PCH)類熱固性材料為代表的硬質覆銅板,因其無與倫比的低介電效能佔據了高頻/高速PCB基板的絕大部分市場。 近年來,聚苯醚(PPO或PPE)、雙馬來醯亞胺(BMI)、氰酸酯(CE)、三嗪樹脂(BT)、苯並惡嗪(BOZ)和苯並環丁烯(BCB)及相關改性等新型樹脂材料的高頻/高速PCB基板


另外,PPO材料的可加工性比PTFE材料好很多,所以現時高速電路板中的極低損耗(Very Low Loss)和超低損耗(Ultra Low Loss)多採用改性PPO樹脂,如作為松下M6,M7N,聯茂的IT968、IT988GSE。 高頻電路板材的樹脂體系主要以聚四氟乙烯(PTFE)熱塑性材料和碳氫樹脂(PCH)為主。 雖然可以獲得極低的介電損耗(Df)和穩定的介電常數(Dk),但材料可加工性差不適合高多層板,更不適合HDI板的加工產品。 隨著5G通信的發展,高頻產品的PCB複雜度也越來越高(傳統高頻PCB以單雙面為主,多層板的發展甚至有HDI設計要求)近年來,材料開發商也採用PPO樹脂來製作高頻電路板。 在保證板子具有極低的介電損耗(Df)和穩定的介電常數(Dk)的同時,以獲得良好的PCB加工性。 例如,聯茂推出的IT-88GMW、IT-8300GA、IT-8350G、IT-8338G、IT-8615G等高頻電路板材就是採用了改性PPO樹脂和碳氫樹脂的混合體系。 在滿足高頻訊號傳輸要求的同時,材料的可加工性大大增强。


一方面5G通信向更高速、更高頻發展,必然要求材料介電常數和介質損耗(Dk Df)向更小的方向發展。 另一方面,5G產品要求小型化和更多的統一化相應PCB必然向高多層甚至HDI方向發展,這就要求材料具有良好的可加工性。 現時無論是從高頻電路板還是高速電路板來看,使用聚苯醚(PPO或PPE)樹脂都是一個很好的發展方向。