PCB Bolg - 淺談什麼是高頻PCB板?高頻板材有哪些？如何選？

一、PCB高頻板的定義

高頻電路板是指電磁頻率較高的特殊線路板，用於高頻率（頻率大於300MHZ或波長小於1公尺）與微波（頻率大於3GHZ或波長小於0.1公尺）領域的PCB，是在微波基材覆銅板上利用普通剛性線路板製造方法的部分工序或採用特殊處理方法而生產的電路板。一般來說，高頻板可定義為頻率在1GHz以上線路板。

隨著科學技術的快速發展，越來越多的設備設計是在微波頻段（＞1GHZ）甚至與毫米波領域（77GHZ）以上的應用（例如現在很火的車載77GHz毫米波天線），這也意味著頻率越來越高，對線路板的基材的要求也越來越高。比如說基板材料需要具有優良的電氣性能，良好的化學穩定性，隨電源訊號頻率的增加在基材上的損失要求非常小，所以高頻板材的重要性就凸現出來了。

二、PCB高頻電路板材的分類

A. 以材質分：

a. 有機材質：酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。

b. 無機材質：鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能

B. 以成品軟硬區分

a. 硬板 Rigid PCB ，b.軟板 Flexible PCB ，c.軟硬板 Rigid-Flex PCB

C. 以結構分

a.單面板 ， b.雙面板 ， c.多層板

D. 依用途分

通訊/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板…

三、常用的高頻板材

國家板材性價比高，性能不輸進口產品，代表性的有：東莞生益、上海南亞新材、泰州旺靈、泰興微波、常州中英、功力陶瓷板、台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等

國外的有：

1）、羅傑斯：Rogers：RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等，隨著5G毫米波的發展，羅斯傑也推出了多款適合毫米波的低損耗線路板。

RO3000系列：基於陶瓷填充的PTFE電路材料，型號有：RO3003、RO3006、RO3010、RO3035高頻層壓板。

RT6000系列：基於陶瓷填充的PTFE電路材料，為需要高介電常數的電子電路和微波電路而設計的，型號有：RT6006介電常數6.15，RT6010介電常數10.2。

TMM系列：基於陶瓷、碳氫化合物、熱固型聚合物的複合材料，型號：TMM3 、TMM4、TMM6、TMM10、TMM10i、TMM13i。等等

2）、泰康利Taconic：TLX系列，TLY系列等

3）、Panasonic：Megtron4、Megtron6等

4）、Isola：FR408HR、IS620、IS680等

5）、Nelco：N4000-13、N4000-13EPSI等

四、選高頻高速PCB材料有哪些重要指標

在選擇高頻電路的PCB所使用的基板時，要特別考察材料DK，在不同頻率的變化特性。而對於著重訊號高速傳輸方面的要求，或特性阻抗控制要求，則著重於檢視DF及其在頻率、溫濕度等條件下的性能。

一般型基板材料在頻率變化的條件下，表現出DK、DF值變化較大的規律。特別是在l MHz到l GHz的頻率內，它們的DK、DF值的變化更加明顯。例如，一般型環氧樹脂一玻纖布基的基板材料（一般型FR-4）在lMHz的頻率的DK值為4．7，而在lGHz的頻率下的DK值變化為4.19。超過lGHz以上，它的DK值的變化趨勢於平緩。其變化趨勢是隨著頻率的增加，而變小（但變化幅度不大），例如在l0GHz下，一般FR一4的DK值為4．15，具有高速、高頻特性的基板材料在頻率變化的情況下，DK值變化較小，自lMHz到lGHz的變化頻率下，DK多保持在0.02範圍的變化。其DK值在由低到高不同頻率條件下，略微有下降的趨向。

一般型基板材料的介質損失因子（DF），在受到頻率變化（特別是在高頻範圍內的變化）的影響而產生DF值的變化比DK大。其變化規律是趨於增大，因此，在評估一種基板材料的高頻特性時，要對其考察的重點在於它的DF值變化。具有高速高頻特性的基板材料，在高頻下變化特性方面，一般型基板材料存在著兩類明顯的不同的兩類：一類是隨著頻率的變化，它的（DF）值變化甚小。還有一類是在變化幅度上與一般型基板材料儘管相近，但它本身的（DF）值較低。

如何選擇高頻高速板材

選擇PCB板材必須在滿足設計需求、可量產性、成本中間取得平衡點。簡單而言，設計需求包含電氣和結構可靠性這兩個部分。通常在設計非常高速的PCB板子（大於GHz的頻率）時這板材問題會比較重要。例如，現在常用的FR-4材質，在幾個GHz的頻率時的介質損Df（Dielectricloss）會很大，可能就不適用。

舉例來說，10Gb/S高速數位訊號是方波，它可以看作是不同頻率的正弦波訊號的疊加。因此10Gb/S包含許多不同頻率訊號：5Ghz的基波訊號、3階15GHz、5階25GHz、7階35GHz訊號等。保持數位訊號的完整性以及上下沿的陡峭程度和射頻微波（數位訊號的高頻諧波部分達到了微波頻段）的低損耗低失真傳輸一樣。因此，在許多方面，高速數位電路PCB選材和射頻微波電路的需求類似。

以下將分別介紹，選擇合適的板材主要考慮因素：

1.可製造性：

例如多次壓合性能如何、溫度性能等、耐CAF/耐熱性和機械韌（黏）性（可靠性好）、防火等級;

2、與產品相符的各種性能（電氣、性能穩定性等）：

低損耗，穩定的Dk/Df參數，低色散，隨頻率及環境變化係數小，材料厚度及膠含量公差小（阻抗控制好），若走線較長，考慮低粗糙度銅箔。另外一點，高速電路的設計前期都需要仿真，仿真結果是設計的參考標準。 「興森科技-安捷倫（高速/射頻）聯合實驗室」解決了模擬結果和測試不一致的業績難題，做過大量的模擬和實際測試閉環驗證，透過獨有方法能做到模擬和實測一致。

3、成本因素Cost：

看產品的價格敏感度，是消費性產品，還是通訊、醫療、工業、軍工類的應用;

4、法律法規的適用性等：

要與不同國家環保法規融合，滿足RoHS及無鹵素等要求。

在以上各因素中，高速數位電路運轉速度是PCB選擇考慮的主要因素，電路的速率越高，所選PCB Df值就應該越小。具有中，低損耗的電路板材將適合10Gb/S的數位電路;具有更低損耗的板材適用25Gb/s的數位電路;具有超低損耗板材將適應更快的高速數位電路，其速率可以為50Gb/s或更高。

在高速發展的電子資訊時代，高頻 PCB 板作為眾多先進電子設備的關鍵零件，其重要性不言而喻。正確選擇高頻高速 PCB 材料，不僅關乎電子設備的效能優劣，也影響產品的製造成本與市場競爭力。無論是通訊領域對訊號高效傳輸的追求，或是汽車電子中毫米波雷達等應用的嚴苛要求，都驅使著我們在高頻 PCB 板的研發與應用上不斷探索前進。希望本文能為相關從業者在高頻 PCB 板的認識與選材方面提供有益的參考，助力在電子技術的浪潮中，精準把握高頻 PCB 板的發展方向，推動行業持續創新發展 。