技术贴 | 高频高速覆铜板基材种类浅析
2025-05-24


高频高速覆铜板最关注的特性是覆铜板的介电常数与介电损耗,以及介电常数随环境(频率、温度、老化)变化的一致性。但是,

值得注意的一点是,选择高频高速PCB的材料往往不是选介电损耗最低的材料,需要对加工、成本和材料的其他综合性能评估后再做决定。

根据不同的应用需求和工艺要求,高频高速覆铜板可以分为多种不同类型。

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覆铜板的内部结构图示

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1 、高速覆铜板

高速覆铜板是指在高速数字信号和复杂的模拟信号中使用的印制电路板材料。其主要特点是介电常数低、耗散因数小、信号传输速度快、

信号失真率低。加工工艺通常采用薄型板材料,需要采用特殊的工艺控制线路板的线路阻抗、信号延迟等参数,以保证信号传输速率的稳定性。

同时,高速覆铜板的设计与加工需要考虑阻抗匹配、信号完整性等因素。主要用于高速数字信号的传输,例如计算机、通信、嵌入式系统等领域。

这些应用领域对信号的延迟和失真要求很高,需要采用高速覆铜板来保证信号传输的稳定性。

2 、高频覆铜板

高频覆铜板主要用于微波领域,需要具有较高的介电常数、较低的介电损耗、良好的热稳定性能和加工性能。其介电常数通常在2.5~10之间,

介电损耗在0.002~0.02之间,可以满足高频信号的传输要求。

加工工艺要求非常高,需要考虑到板材的介电性能、尺寸精度等因素,以保证整个线路板的高频性能。通常采用特殊的层压工艺来控制板材的介电性能,

同时需要进行射频测试和阻抗匹配测试。主要用于微波领域,例如雷达、卫星通信、天线等领域。这些应用领域对信号的频率响应和相位响应要求很高,

需要采用高频覆铜板来保证信号的稳定性和可靠性。

高频-覆铜板的内部结构图示

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3 、材料类型

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高频高速覆铜板基材在5G通信、毫米波雷达、卫星通信等领域至关重要,目前市场上常用的高频高速覆铜板材料有FR-4、

PTFE、Rogers、Arlon等。其中,FR-4是一种玻璃纤维层压板,价格便宜但在高频和高速场合应用受到限制;PTFE是一种聚四氟乙烯材料,

具有优异的高频高速特性,但加工难度大;Rogers和Arlon是一些高端材料,价格昂贵但应用领域较广泛。

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碳氢树脂(PCH)

碳氢树脂(Hydrocarbon)为丁二烯,苯乙烯以及二乙烯基苯等含双键单体自由基聚合形成的低分子齐聚物,分子结构中

主要是有碳和氢两种元素构成,所以统称为碳氢树脂∶

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碳氢树脂的特点

碳氢树脂常用规格为数均分子量Mn=3000左右的粘稠液体,因分子中含有大量的乙烯基双键,应用过程中经自由基

聚合固化形成热固性交联体系,由于其较高的交联密度容易获得较高的Tg,同时粘结力和韧性很差,不容易通过

PCB多层板可靠性的严苛测试,通常与其他含不饱和双键的树脂配合使用,以达成更优异的性能。

①介电性能优异:Dk=2.4/Df=0.0002

②较高的耐热性

③较好的耐化学性,粘结性较差

聚四氟乙烯(PTFE)

聚四氟乙烯,英文名“PTFE”,中文名“铁氟龙”,俗称“塑料王” PTFE无色、无毒、且具有优异的化学稳定性,极强的耐高低温性能、

较好的非粘附性、自润滑性和低温延展性、耐老化性和高度绝缘性等性能,是最佳的耐腐蚀材料之一,通常应用于各种抗酸碱和有机溶剂的场合,

传统的应用领域包括航空航天、石油化工、机械电子、建筑和轻纺等,PTFE优异的介电性能使其成为5G高频覆铜板基材的主要材料。

在高频PCB印刷电路板是5G中最为重要的环节,也是对5G发展起到决定性作用的部件。而高频PCB印刷电路板对材料的要求,

必须要非常低的介电常数,并且介电常数要保持稳定,并且要求极低的吸水性,较高的耐热性、抗化学性能、抗冲击性和剥离强度等,

要想满足如此苛刻的要求,目前仅有PTFE能够胜任。

不同材料的介电常数及介质损耗因子对比:

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聚苯醚(PPE/PPO)

聚苯醚(PPE/PPO)是一种高强度工程塑料,具有比重低、吸水率低、优异的耐热性和耐化学性、良好的电绝缘性、

优异的介电性等优点。同时还具备对铜箔的粘结性,非常适合应用于高频高速覆铜板。

液晶聚合物(LCP)

LCP全称为液晶聚合物,作为一种液晶高分子化合物,LCP的分子主链上存在大量的刚性苯环,这决定了LCP

独特的加工性质,LCP加热到一定温度时,只要稍微给一点剪切力就会拥有水一样的流动性,这一特性使LCP更容易

成型薄壁或薄膜产品,所以只能用作纤维和涂料,是一种特种工程塑胶原料。

LCP拥有高强度、高耐热性、极小的线膨胀系数、优良的阻燃性、优良的介电性质等,电子电气是LCP的主要市场,

除了柔性覆铜板以外,LCP还可应用于手机天线、人造卫星电子部件、喷气发动机零件、汽车机械零件、医疗材料等。

改性聚酰亚胺材料(MPI)

MPI即为改性聚酰胺天线材料,是根据相关配方对聚酰亚胺(PI)进行改性后的新材料产品。优化了PI难以加工、

固体温度高、合成工艺要求高等缺点,并且可以和铜形成复合基新材料。

MPI是非结晶性的材料,在各种温度下均能进行操作,主要被应用在5G手机、航空、汽车等领域。

双马树脂(BMI)

双马来酰亚胺树脂简称双马(BMI)树脂,是一种改性热固性聚酰亚胺树脂。采用该树脂体系与纤维布复合制备的

层压板不但具有较高的强度及韧性,而且具有较高的Tg(玻璃化转变温度),可制备高耐热的有机封装基板。在此基础上,

还可通过对BMI树脂进行改性,提高耐热性及抗冲击韧性等。

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4 、 高频高速铜箔应用

由于趋肤效应的存在,高速PCB如果继续使用常规(STD)铜箔,其结果是:随信号传输频率增加,趋肤效应导致的信号“失真”愈发严重。

因此,当前的高速材料上低粗糙度铜箔的应用越来越广泛,像Mid Loss材料和Low Loss材料都采用反转(RTF)铜箔作为标配铜箔;

Very Low Loss材料虽然也是标配RTF铜箔,但客户设计多是采用超低轮廓(HVLP)铜箔;对于Ultra low loss材料,HVLP铜箔已成为标配。

STD、RTF和HVLP铜箔制作带状线损耗对比

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什么是趋肤效应?通俗地来说,就是当信号的频率很高时,电流更愿意沿着导体的表面走,而不是均匀地穿过整个材料。

这样一来,导体中间的部分就几乎不参与导电了,只有表面在忙活。

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