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PCB資訊

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高速板與高頻板的區別
2022-08-05
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隨著5G通信的發展和建設,電子設備行業對高頻高速板的需求越來越大。由於使用環境不同,高頻板和高速板有很多共同的特點,也有一些區別。本文結合高頻高速板的使用環境和板材樹脂體系,闡述了高頻板和高速板各自的特點,並對高頻板和高速板的未來發展進行了展望。
一、5G網路對高頻高速板塊的需求
5G
,第五代移動通信。蜂窩移動通信從模擬通信(1G)發展到現在流行的LTE4G),經歷了四次升級。 2012年以來,5G網路的研究和測試進展迅速。過去,從1G4G,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(初步技術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,下面兩個環節也很重要:
(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)。
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板材的要求不同。可見,5G網路是多頻段微波的綜合應用。因此,不同行業的產品選擇高速板和高頻板會有所不同。
2
、高頻高速板的特點
2.1
材料的介電常數Dk和介質損耗Df
說到高頻高速板,難免要講兩個概念介電常數-Dk”介電損耗-Df”。用於高速數位化信號傳輸的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,還影響信號傳送速率、信號衰減和發熱。 .
介質損耗(Df)的大小表示信號傳輸的衰減程度。這種信號傳輸的衰減往往是產生熱量而消耗。隨著高頻高速數位信號傳輸,信號衰減和熱耗必然隨著高頻化高速數位化的信號傳輸而迅速增加。對於高頻化和高速數位化信號傳輸來說,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異。
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。 )五個傳輸信號損耗對應等級。
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。因此,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性能。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方式,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3.5GHZ2.7GHZ1.8GHZ。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24GHZ66GHZ77GHZ,主要產品為雷達產品。這主要是因為隨著頻率的增加,非聚四氟乙烯產品的頻閃效應、介電損耗對信號傳輸的影響急劇增加,而聚四氟乙烯材料具有更好的性能特性。

3,高頻高速板發展前景

傳統覆銅板材料傳輸損耗大,無法滿足高頻信號傳輸品質的要求。因此,5G通信使用的PCB基板材料最重要的性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。目前,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性能佔據了高頻/高速PCB基板的絕大部分市場。近年來,聚苯醚(PPOPPE)、雙馬來醯亞胺(BMI)、氰酸酯(CE)、三嗪樹脂(BT)、苯並噁嗪(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。
聚苯醚(PPOPPE),介電性能僅次於PTFE,是近年來備受業界關注的材料
另外,PPO材料的可加工性比PTFE材料好很多,所以目前高速板中的極低損耗(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IT968IT988GSE。高頻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-88GMWIT-8300GAIT-8350GIT-8338GIT-8615G等高頻板材就是採用了改性PPO樹脂和碳氫樹脂的混合體系。在滿足高頻信號傳輸要求的同時,材料的可加工性大大增強。
一方面5G通信向更高速、更高頻發展,必然要求材料介電損耗(Df)和介電常數(Dk)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。目前無論是從高頻材料還是高速材料來看,使用聚苯醚(PPOPPE)樹脂都是一個很好的發展方向。