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微波高频

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高速板与高频板的区别
2021-09-13
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随着5G通信的发展和建设,电子设备行业对高频高速板的需求越来越大。由于使用环境不同,高频板高速板有很多共同的特点,也有一些区别。本文结合高频高速板的使用环境和板材树脂体系,阐述了高频板和高速板各自的特点,并对高频板和高速板的未来发展进行了展望。
一、5G网络对高频高速板块的需求
5G,第五代移动通信。蜂窝移动通信从模拟通信(1G)发展到现在流行的LTE(4G),经历了四次升级。 2012年以来,5G网络的研究和测试进展迅速。过去,从1G到4G,主要场景是人与人之间的网络通信,而5G网络将满足万物互联,开启新一轮信息网络革命。 5G通信产业链主要包括以下五个重要环节:
(1)网络规划设计(初步技术研究和网络建设规划);
(2) 无线主要设备(核心网、基站天线、射频器件、光器件/光模块、小基站等,无线配套、网络覆盖和优化环节开始部署);
(3)传输设备(无线设备之后需要有线传输链接,其次是光纤光缆、系统集成、IT支持、增值服务等);
(4)终端设备(芯片与终端匹配);
(5) 运营商。
除了以上五个重要环节,下面两个环节也很重要:
(6) PCB/CCL产业链(用于基站射频、基带处理单元、IDC和核心网路由器等);
(7) 介质波导滤波器(基站射频)。
在5G建设过程中,不同行业产品工作使用的频带不同,进而导致不同行业不同产品对高频高速板材的要求不同。可见,5G网络是多频段微波的综合应用。因此,不同行业的产品选择高速板和高频板会有所不同。
2、高频高速板的特点
2.1 材料的介电常数Dk和介质损耗Df
说到高频高速板,难免要讲两个概念“介电常数-Dk”和“介电损耗-Df”。用于高速数字化信号传输的PCB介质层,不仅起到导体之间的绝缘层的作用,更重要的是它起着“特性阻抗”的作用,还影响信号传输速度、信号衰减和发热。 .
介质损耗(Df)的大小表示信号传输的衰减程度。这种信号传输的衰减往往是产生热量而消耗。随着高频高速数字信号传输,信号衰减和热耗必然随着高频化高速数字化的信号传输而迅速增加。对于高频化和高速数字化信号传输来说,介质损耗(Df)越小越好。
在高速产品和高频产品的发展过程中,都是要求板材的介电常数(Dk)和介质损耗(Df)向更小的方向发展。但高频产品和高速产品对板材的需求仍存在一定差异。
2.2 高速材料特性
高速产品更注重板材的介电损耗(Df)。市场上常用的高速材料的等级也是根据介电损耗(Df)的大小来划分的。不同的基板材料根据基板的介电损耗分为常规损耗、中损耗、低损耗、极低损耗、超低损耗。 )五个传输信号损耗对应等级。
2.3 高频材料特性
与高速材料相比,高频材料更注重材料介电常数(Dk)的大小和变化。高频产品对材料介电常数 (Dk) 的变化非常敏感。因此,高频材料的重点是介电常数(Dk)的稳定性,以及材料介质厚度、材料的温漂系数以及材料的频闪性能。业界对于高频材料并没有明确的分类标准,但是很多PCB厂家根据材料的介电常数(Dk)粗略地对高频板进行分类。具有相同介电常数 (Dk) 的材料被认为是相似的,可以相互替代。
在高频材料领域也有一种惯用的划分方式,即将材料分为聚四氟乙烯材料和非聚四氟乙烯材料。这与高频产品的应用领域密切相关。当前的射频领域可以分为两部分。一是频率在6GHZ以下常用的频率有3.5GHZ、2.7GHZ、1.8GHZ。主要产品为功率放大器,天线校准器,阵子等产品。另一部分是20GHZ以上毫米波领域常用的频率有24GHZ、66GHZ、77GHZ,主要产品为雷达产品。这主要是因为随着频率的增加,非聚四氟乙烯产品的频闪效应、介电损耗对信号传输的影响急剧增加,而聚四氟乙烯材料具有更好的性能特性。

3,高频高速板发展前景

传统覆铜板材料传输损耗大,无法满足高频信号传输质量的要求。因此,5G通信使用的PCB基板材料最重要的性能是满足高频高速的要求,以及一体化、小型化、轻量化、多功能和高可靠性的要求。特别是树脂材料要求低介电常数(Dk)、低介质损耗(Df)、低热膨胀系数(CTE)和高导热系数。目前,以聚四氟乙烯(PTFE)热塑性材料和碳氢树脂(PCH)类热固性材料为代表的硬质覆铜板,因其无与伦比的低介电性能占据了高频/高速PCB基板的绝大部分市场。近年来,聚苯醚(PPO或PPE)、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯(CE)、三嗪树脂(BT)、苯并噁嗪(BOZ)和苯并环丁烯(BCB)及相关改性等新型树脂材料的高频/高速PCB基板。
聚苯醚(PPO或PPE),介电性能仅次于PTFE,是近年来备受业界关注的材料
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极低损耗(Very Low Loss)和超低损耗(Ultra Low Loss)多采用改性PPO树脂,如作为松下 M6, M7N,联茂的IT968、IT988GSE。高频板材的树脂体系主要以聚四氟乙烯(PTFE)热塑性材料和碳氢树脂(PCH)为主。虽然可以获得极低的介电损耗(Df)和稳定的介电常数(Dk),但材料可加工性差不适合高多层板,更不适合HDI板的加工产品。随着5G通信的发展,高频产品的PCB复杂度也越来越高(传统高频PCB以单双面为主,多层板的发展甚至有HDI设计要求)近年来,材料开发商也采用 PPO 树脂来制作高频板。在保证板子具有极低的介电损耗(Df)和稳定的介电常数(Dk)的同时,以获得良好的PCB加工性。例如,联茂推出的IT-88GMW、IT-8300GA、IT-8350G、IT-8338G、IT-8615G等高频板材就是采用了改性PPO树脂和碳氢树脂的混合体系。在满足高频信号传输要求的同时,材料的可加工性大大增强。
一方面5G通信向更高速、更高频发展,必然要求材料介电损耗(Df)和介电常数(Dk)向更小的方向发展;另一方面,5G产品要求小型化和更多的统一化相应PCB必然向高多层甚至HDI方向发展,这就要求材料具有良好的可加工性。目前无论是从高频材料还是高速材料来看,使用聚苯醚(PPO或PPE)树脂都是一个很好的发展方向。

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