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技术专栏

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松下m6高速板材-PCB高频板材有哪些?该如何选择呢?
2021-07-30
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PCB高频板的定义

高频电路板是指电磁频率较高的特种线路板,用于高频率(频率大于300MHZ或者波长小于1米)与微波(频率大于3GHZ或者波长小于0.1米)领域的PCB,是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说,高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。

随着科学技术的快速发展,越来越多的设备设计是在微波频段(>1GHZ)甚至与毫米波领域(77GHZ)以上的应用(例如现在很火的车载77GHz毫米波天线),这也意味着频率越来越高,对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能,良好的化学稳定性,随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小,所以高频板材的重要性就凸现出来了。

PCB高频板材的分类

01、以材质分

a. 有机材质:酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆属之。

b. 无机材质:铝、Copper-invar-copper、ceramic等皆属之。主要取其散热功能

02、以成品软硬区分

a. 硬板 Rigid PCB 。

b.软板 Flexible PCB 。

c.软硬板 Rigid-Flex PCB。

03、以结构分

a.单面线路板

b.双面线路板

c.多层线路板

04、依用途分

通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体测试板

常用的高速板材(厂家)

01、罗杰斯

Rogers RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等。

RO3000系列:基于陶瓷填充的PTFE电路材料,型号有:RO3003、RO3006、RO3010、RO3035高频层压板。

RT6000系列:基于陶瓷填充的PTFE电路材料,为需要高介电常数的电子电路和微波电路而设计的,型号有:RT6006介电常数6.15,RT6010介电常数10.2。

TMM系列:基于陶瓷、碳氢化合物、热固型聚合物的复合材料,型号:TMM3 、TMM4、TMM6、TMM10、TMM10i、TMM13i。等等

02、泰康利

Taconic TLX系列,TLY系列等

03、松下

Panasonic Megtron4、Megtron6等

04、Isola

FR408HR、IS620、IS680等

05、依用途分

FR408HR、IS620、IS680等

06、Nelco

N4000-13、N4000-13EPSI等

07、台耀TUC

Tuc862、872SLK、883、933等

东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波、常州中英等。

当然还有很多其他高频板材未一一列出。其中,Arlon(已被罗杰斯收购,也是老品牌射频微波板厂)。

挑选高频高速PCB材料重要指标

在选择用于高频电路板的PCB所用的基板时,要特别考察材料DK,在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求,或特性阻抗控制要求,则重点考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能。

一般型基板材料在频率变化的条件下,表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内,它们的DK、DF值的变化更加明显。例如,一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的频率下的DK值为4.7,而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上,它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高,而变小(但变化幅度不大),例如在l0GHz下,一般FR一4的DK值为4.15,具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下,DK值变化较小,自lMHz到lGHz的变化频率下,DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下,略微有下降的趋向。

一般型基板材料的介质损失因子(DF),在受到频率变化(特别是在高频范围内的变化)的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大,因此,在评价一种基板材料的高频特性时,要对其考察的重点是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料,在高频下变化特性方面,一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类:一类是随着频率的变化,它的(DF)值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近,但它本身的(DF)值较低。

如何选择高频高速板材

选择PCB板材必须在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言,设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这板材问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损Df(Dielectricloss)会很大,可能就不适用。

不同板材的损耗DB

举例来说,10Gb/S高速数字信号是方波,它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号:5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波(数字信号的高频谐波部分达到了微波频段)的低损耗低失真传输一样。因此,在诸多方面,高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。

10Gb/S高速数字信号是方波

在实际的工程操作中,高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的,通过本文的介绍,作为PCB设计工程师或者高速项目负责人,对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠,设计出一块可靠性高、加工性好的产品,各种因素的考量达到最佳化。

选择合适板材的主要考虑因素

01可制造性

比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)、防火等级。

02与产品匹配的各种性能

低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦(高速/射频)联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题,做过大量的仿真和实际测试闭环验证,通过独有方法能做到仿真和实测一致。

很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。

03材料的可及时获得性

很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料。

04成本因素Cost

看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、军工类的应用。

05法律法规的适用性等

要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。

以上各个因素中,高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素,电路的速率越高,所选PCBDf值就应该越小。具有中,低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有超低损耗板材将适应更快的高速数字电路,其速率可以为50Gb/s或者更高。

从材料Df看:

Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;

Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;

Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。

高频板材

以上综述了如何选择高速电路板材以及设计注意事项,实际中应用还要根据具体案例具体分析。

文章来自(www.ipcb.cn)爱彼电路是专业高精密PCB电路板研发生产厂家,可批量生产4-46层pcb板,电路板,线路板,高频板,高速板,HDI板,pcb线路板,高频高速板,IC封装载板,半导体测试板,多层线路板,hdi电路板,混压电路板,高频电路板,软硬结合板等

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