PCB資訊 - 高速電路板與高頻電路板的區別

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

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

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。