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高頻微波技術

高頻微波技術 - 高頻電路板基材的種類和特點

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高頻微波技術 - 高頻電路板基材的種類和特點

高頻電路板基材的種類和特點
2024-05-12
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Author:愛彼電路      分享文章

根據高頻電路板基材的種類和特點,可分為樹脂改性高頻電路板基材及玻璃纖維改性高頻電路板基材。以下為愛彼電路介紹的在PCB設計中高頻電路板基材選擇。


樹脂改性高頻電路板基材

通常的改性方法有:新增支鏈數,增大基材的自由體積,降低極性基團的濃度。 環氧樹脂中加入雙鍵結構,使樹脂分子不易旋轉。 或引入佔有空間體積較大的基團或高分子非極性樹脂等方法,降低極性基團的含量,提高其介電效能。


1、聚苯醚改性環氧樹脂

使用改性聚苯醚對環氧樹脂進行改性,聚苯醚(PPO)分子結構中含有重複的苯環與醚鍵,且具有對稱結構,在大分子中沒有强極性基團,電力絕緣性能優良, ε r只有2.45 PPO摻混改性環氧體系,提高改性環氧覆銅板的介電效能,達到降低 ε r和tan δ 的目的。


2、氰酸酯改性環氧樹脂

環氧樹脂在固化反應過程中,可在交聯點間生成含有OH等極性基團,它們對介質的 ε r和tan δ 均有强烈影響。 降低交聯點間極性基團的濃度,可以降低tan δ。 在不减少環氧樹脂體系交聯密度的前提下,降低體系中OH的含量。 在樹脂體系中加入氰酸酯,可降低樹脂固化體系中OH的濃度,提高了體系固化物的玻璃化轉變溫度,這也是PCB基板所需要的。


3、聚四氟乙烯樹脂

聚四氟乙烯(PTFE)是一種超高分子量的聚合物,其分子結構為四個完全對稱的取向氟原子中心連接一個碳原子,Dk只有2.0(1MHz),加上C-F鍵的鍵能很高,其耐熱性好。 具有優良的電力效能、耐化學腐蝕、耐熱、吸水性低。

PTFE和玻璃纖維布組成的複合材料中,其Dk隨PTFE樹脂重量百分數的新增而减少。 Df隨樹脂含量新增顯著减少。 

高頻率範圍內Dk、Df變化

高頻率範圍內Dk、Df變化小,非常適用於作為高速數位化和高頻的基材。

玻璃纖維改性高頻電路板基材

玻纖增强基材是複合材料中力學强度的主要承擔者,一般來說其介電常數高於樹脂基體,又在複合材料中佔有較高的體積含量,囙此是决定複合材料介電效能的主要因素。

現時,世界各國生產玻璃纖維織物組成大體相同,其基礎成分都是SiO2、Al2O3、CaO三元系統。 常溫下構成玻璃網絡的矽氧或硼氧、鋁氧骨架無弱聯系離子幾乎不導電。 但是網絡中充填了鹼金屬離子時,點陣結構在鹼金屬離子處中斷,產生熱離子極化。 這是影響玻璃介電效能的主要因素。

現時通常採用的是無堿玻纖E玻纖,其介電常數為7.2(1 MHz),不能滿足高頻電路的要求。 採用的辦法是混雜,除了E玻纖外,還有介電效能優秀的D玻纖(Dk=4.7,1 MHz)和Q玻纖(Dk=3.9,1 MHz),但是它們加工效能和成本較高,單獨使用並不合適。 通過對不同品種的玻纖進行合理的選配,要求既保證優良的低介電效能、加工效能,又能很好地解决工業化生產的成本問題。


調整PCB介質布層提高基板的介電效能

除了對基板本身基材的改性外,還可以通過改進基板整體結構,調整多層介質的分佈,改善其介電效能。 合理調整多層介質的分佈,可以在减小成本的前提下提高基板的介電效能。


常用的四層混合介質布層方法

其中,外層是Low Dk和Low Df的高頻介質。 這種結構可以很好的控制阻抗,訊號損失約為FR4的10%,訊號傳播速度比FR-快10%,可以使總成本降低25%。

四層混合介質帶狀線布層,多用於數位電路。 這種結構除了上圖結構的優點外,還具有串音和電磁干擾更低的優點。 另外還可以在PCB電路板的製造過程中控制阻抗,所以可以精確控制傳輸線的寬度,控制阻抗。 但這種結構通常只適用於具有更好的抗雜訊能力的數位電路,可以承受一定的阻抗不連續。

常用的混合介質布層方法

常用的混合介質布層方法


部分高頻電路基材

部分高頻電路基材

高頻基材的性能比較:

各種PCB常用基材的介電特性:PTFE>CE基板(熱固性氰酸脂樹脂)>PPO基板(熱固性聚苯醚樹脂)>BT>PI>改性EP>EP。

各種PCB常用基材的訊號傳送速率:PTFE>CE>PPO>改性EP>BT>PI>EP。

PTFE具有優良的電效能和良好的化學穩定性,是最適用於微波通信和高速數位處理的高頻基材之一。

高頻電路板基材選擇

高頻電路板基材選擇

PCB設計的高頻電路板基材選擇

建議在PCB設計中,設計者選取板材考慮如下關鍵因素:

1、工作在1GHz以下的PCB電路板可以選用FR4,成本低、多層壓制板工藝成熟。

2、工作在622Mb/s以上的光纖通信產品和1G以上3GHz以下的,可以選用改性環氧樹脂基材,由於其介電常數比較穩定、成本較低、多層壓制板工藝與FR4相同。 以便於製作多層板且板材成本略高於FR4(高4分/cm2左右)。

3、3GHz以下的大訊號微波電路如功率放大器和低雜訊放大器建議選用類似RO4350B板材,RO4350B介電常數相當穩定、損耗因數較低、耐熱特性好、加工工藝與FR4相當。 其板材成本略高於FR4(高6分/cm2左右)。

4、10GHz以上的微波電路如功率放大器、低雜訊放大器、上下變頻器等對板材要求更高,建議選用效能類似PTFE(美國/歐洲等多用)的板材,或FR4和高頻板組合粘接組成低成本、高性能層壓板。


型號

Megtron 4

Megtron 6

FR408

FR408HR

N4000-13/13EP

N4000-13SI/13EPSI

RO4350B

RO4003C

RO3003

RF35-A2

供應商

松下

松下

isola

isola

Neclo

Neclo

Rogers

Rogers

Rogers

Taconic

設計理念

改性PPO樹脂

改性PPO樹脂

Anhydrate樹脂

Anhydrate樹脂

CE樹脂

CE樹脂/

NE-Glass

碳氫化合物/陶瓷

碳氫化合物/陶瓷

PTFE/

陶瓷

PTFE/

陶瓷

Dk/1G

3.8

3.7

3.77

3.68

3.7

3.5

/

/

/

/

Df/1G

0.005

0.002

0.0116

0.0092

0.008

0.008

/

/

/

/

Dk/5G

3.75

3.5

3.75

3.64

/

/

/

/

/

/

Df/5G

0.007

0.003

0.0122

0.0098

/

/

/

/

/

/

Dk/10G

3.7

3.5

3.75

3.65

3.6

3.4

3.48

3.38

3.0

3.5

Df/10G

0.005

0.004

0.0120

0.0095

0.008

0.007

0.004

0.0027

0.0013

0.0015

Tg(DSC)

175

185

180

200

210

210

280

280

/

/

Td

362

410

360

370

350

350

390

425

/

/

CTE

(50-260℃)

2.80%

3.0%

3.50%

2.80%

3.40%

3.40%

50PPM

40PPM

13PPM

104PPM

吸水率

0.14%

0.14%

0.4%

0.3%

0.3%

0.3%

0.06%

0.06%

0.1%

0.02%

剝離强度

Lbs/in

6.8

6.8

7

7

9

9

5.2

6

17.6

12

備註



吸水率高

吸水率高

吸水率高

吸水率高

剝離强度

無UL和阻燃劑



常用高頻高速資料特性

高頻電路板基材的製造需重點考究特性阻抗的高精度控制、不同測量方法間的Df值偏差。 不同測量方法對Dk影響很小,但Df的量測系統誤差很大。高頻電路板的製造需要對於機械加工做管控,比如高頻基板的層壓加工效能、鑽孔加工特性、除膠特定要求等。