高頻微波技術 - 高頻電路板的應用和選材

什麼是高頻電路板？

高頻電路板是一種專為高電磁頻率設計的特種電路板。 當頻率達到或超過1GHz時，便可稱之為高頻電路板。 高頻電路板有獨特效能，價格相對高昂。

高頻電路板的應用

高頻電路板應用領域廣泛，尤其在高頻及感應加熱科技方面，它以其高效的加熱效率、快速的加熱速度以及低耗環保的特性，深受各行各業的青睞。 該科技已廣泛應用於金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配、焊接及熔煉等工藝中。 它不僅能够實現工件的整體加熱，還能對工件局部進行精准加熱； 既可實現深層透熱，又可專注於工件表面或表層的集中加熱。 此外，該科技不僅可以對金屬材料直接加熱，還可通過非金屬材料進行間接加熱，展現出極高的靈活性和適應性。

鑒於高頻電路板出色的效能和廣泛的應用前景，感應加熱科技必將在未來各行各業中得到更加廣泛的應用。 由於其物理性能要求高、精度需求嚴格、技術參數精細，高頻電路板在高端領域如汽車防碰撞系統、衛星系統、無線電系統等扮演著至關重要的角色。 隨著電子設備的高頻化發展趨勢，高頻電路板的應用也將不斷拓展和深化。

高頻電路板的選材

高頻電路板主要採用具有高介電常數和低高頻損耗的材料製作而成。 現時，氟系介質基板，如聚四氟乙烯（PTFE，俗稱特氟龍），因其出色的效能，廣泛應用於5GHz以上的高頻領域。 此外，FR-4或PPO基材也常被選用，適用於1GHz至10GHz之間的產品。 以下是對這三種高頻基板物理特性的簡要比較。

現階段，高頻基板材料主要分為環氧樹脂、PPO樹脂和氟系樹脂三大類。 其中，環氧樹脂成本最為低廉，而氟系樹脂則價格較高。 綜合考慮介電常數、介質損耗、吸水率和頻率特性等因素，氟系樹脂表現最佳，而環氧樹脂則相對較差。 特別是在產品應用頻率超過10GHz時，僅氟系樹脂印製板能够滿足需求。

氟系樹脂高頻基板在效能上顯著優於其他基板，但其成本高昂，剛性不足，熱膨脹係數較大。 為了改善聚四氟乙烯（PTFE）的效能，通常會加入大量無機物（如二氧化矽SiO2）或玻璃布作為增强填充材料，以提高基材剛性並降低其熱膨脹性。 然而，由於聚四氟乙烯樹脂本身的分子惰性，其與銅箔的結合性較差，囙此需要對與銅箔結合面進行特殊處理。

處理方法包括在聚四氟乙烯表面進行化學蝕刻或电浆蝕刻，以新增表面粗糙度； 或者在銅箔與聚四氟乙烯樹脂之間新增一層粘合膜層以提高結合力。 但這些方法可能會對介質效能產生一定影響。 囙此，氟系高頻電路基板的開發需要原材料供應商、研究組織、設備供應商、PCB製造商與通信產品製造商等多方緊密合作，以應對高頻電路板電路板領域快速發展的需求。 iPCB公司可支持產品研發及高頻電路板的選材。

高頻電路板的特點

1、介電常數（Dk）應保持在較低且穩定的水准，通常而言，數值越小越有利於訊號的快速傳送。 訊號的傳送速率與材料介電常數的平方根成反比，囙此，高介電常數可能導致訊號傳輸的延遲。

2、介質損耗（Df）應盡可能小，這是確保訊號傳送品質的關鍵因素。 介質損耗越小，訊號的損耗也會相應减少。

3、與銅箔的熱膨脹係數應儘量保持一致，因為兩者之間的不一致會在冷熱變化中導致銅箔的分離。

4、吸水性應保持低水準，因為高吸水性會在材料受潮時影響介電常數與介質損耗，進而對訊號傳輸造成不良影響。

5、此外，其他如耐熱性、抗化學性、衝擊強度以及剝離强度等特性也應達到良好水准，以確保高頻電路板在複雜環境條件下能够穩定工作。

高頻電路板

FR4電路板vs高頻電路板如何區分？

標準FR4電路板板使用的是玻璃纖維布加樹脂作為材料。

高頻電路板根據要求及應用使用玻璃纖維布， PTFE， 陶瓷等材料製作。

低頻板則多由一些低端材料壓合而成，如紙基板、複合基板、環氧板（也稱為3240環氧板或酚醛板）以及FR-4玻璃纖維板（拼料板）。 其中，紙基板和複合基板的整體密度較低，背面顏色一致，但仔細觀察會發現，這些基板內部基本上沒有玻璃纖維布的紋路。 而環氧板與FR4玻璃纖維拼料板在外觀上有所區別，環氧板的背面顏色深淺不一，在斷口處用手或其他工具輕輕刮擦，很容易就能見到米白色的粉末。 至於FR4拼料板，由於其採用FR4玻璃纖維布的邊角料壓制而成，所以板材背面可以明顯看到一條條較大的條紋。

高頻電路板效能不良時的故障現象

高頻電路板效能不佳的主要原因在於其介電常數值偏低，這嚴重影響了高頻電路的工作穩定性。 高頻電路具有趨膚效應的特性，而介電常數較低的高頻電路板會導致高頻成分發生洩漏，從而引發訊號减弱、頻偏漂移等問題，嚴重的情况下甚至會導致停振現象。 這一系列問題最終導致整體電性能指標的大幅降低。

高頻電路板製作要求，高頻電路板作為高難度板之一，必須嚴格遵循製作要求以確保品質。

1、在鑽孔環節，我們需要注意幾點：首先，鑽孔進刀速度應控制為180/S，且應使用新鑽嘴，並在上下墊上鋁片，最好進行單PNL鑽孔，確保孔內不接觸水分。 其次，過整孔劑時，對於PTH孔模範，雖然可以使用濃硫酸，但出於安全考慮，我們並不推薦這種做法，處理時間應為30分鐘。

2、磨板、沉銅、線路等製作流程應與正常雙面板相同。 特別需要注意的是，高頻電路板在製作過程中無需進行除膠渣操作。

3、在防焊環節，我們需遵守以下規定：首先，若高頻電路板需要綠油打底，則在阻焊前禁止磨板，並在MI中加蓋紅章以示區分。 其次，若基材上需印刷綠油，應分兩次進行印刷（以防止綠油起泡），從蝕刻至退錫前均不得磨板，只能風乾。 第一次打底應使用43T網版正常印刷，並分段烤板，溫度與時間分別為50度50分鐘、75度50分鐘、95度50分鐘、120度50分鐘、135度50分鐘、150度50分鐘。 曝光與顯影後，方可進行磨板，之後按正常流程進行第二次製作。 需在MI中注明：第一次打底需使用線路菲林進行對位。 另外，若部分基材需印綠油而部分不印，需製作專門的“打底菲林”，僅保留需印綠油的基材部分，打底烤板後再進行第二次正常製作。 特別需要注意的是，對於類似018092的基材，若其上無需印綠油，則僅需印刷一次綠油，以避免第一次打底後綠油無法顯影乾淨。

4、線路公差方面，若無特殊要求，線寬公差應控制在±0.05mm以內； 若有特殊要求，則按客戶要求製作。

愛彼電路有豐富的高頻PCB電路板加工經驗，為客戶提供可靠的高頻電路板、微波射頻板、HDI 電路板、多層混壓板、F4B天線板等5G通信基板，與高等院校、醫療設備、通信基站、研究所等科技公司合作，提供PCB快速打樣和批量生產，品質穩定。