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5G線路板高頻高速材料介紹

發布日期:2019/11/19 10:31:22 訪問次數:1349

覆銅板行業處于整個PCB產業鏈中游,為PCB產品提供原材料。覆銅板是將電子玻纖布或其它增強材料浸以樹脂膠黏劑,通過烘干、裁剪、疊合成坯料,一面或雙面覆以銅箔并經熱壓而制成的一種板狀材料,主要用于制作印制電路板(PCB),對PCB起互聯導通、絕緣和支撐的作用。產業鏈上游為電解銅箔、木漿紙、玻纖布、樹脂等原材料,下游是PCB產品,終端產業是航空航天、汽車、家電、通信、計算機等。


19年5G初步商用,核心材料高頻覆銅板等制品的上游原材料與傳統CCL基本類似,經過下游PCB制造商生產為適用于高頻環境的高頻電路板后應用于基站天線模組、功率放大器模組等設備元器件,并最終廣泛應用于通信基站(天線、功率放大器、低噪音放大器、濾波器等)、汽車輔助系統、航天技術、衛星通訊、衛星電視、軍事雷達等高頻通信領域。


5G高頻技術對電路提出更高要求。工作頻率在1GHz以上的射頻電路一般被稱為高頻電路,移動通信從2G到3G、4G過程中,通信頻段從800MHz發展至2.5GHz,5G時代,通信頻段將進一步提升。PCB板在5G射頻方面將搭載天線振子、濾波器等器件。按工信部要求,預計早期5G部署將采用3.5GHz頻段,4G頻段主要在2GHz左右。通常把30~300GHz頻段內的波長為1~10毫米的電磁波成為毫米波。

5G大規模商用時,毫米波技術保證了更好的性能:帶寬極寬,28GHz頻段可用頻譜帶寬可達1GHz,60GHz頻段每個信道可用信號帶寬可達2GHz;相應天線分辨率高,抗干擾性能好,小型化可實現;大氣中傳播衰減較快,可實現近距離保密通信。


為解決高頻高速的需求,以及應對毫米波穿透力差、衰減速度快的問題,5G通信設備對PCB的性能要求有以下三點:

1. 低傳輸損失;
2. 低傳輸延遲;
3. 高特性阻抗的精度控制。PCB高頻化有兩條途徑,一個是PCB的加工制程要求更高,另一個是使用高頻的CCL——滿足高頻應用環境的基板材料稱為高頻覆銅板。


主要有介電常數(Dk)和介電損耗因子(Df)兩個指標來衡量高頻覆銅板材料的性能。Dk和Df越小越穩定,高頻高速基材的性能越好。此外,射頻板方面,PCB板面積更大,層數更多,需要基材有更高耐熱(Tg,高溫模量保持率)以及更嚴格的厚度公差。


常見線路板主要的高頻高速材料有幾種:碳氫樹脂、PTFE、LCP液晶高聚物、PPE/PPO等。

         


   (一)碳氫樹脂 

碳氫樹脂是指聚烯烴均聚物或共聚物,包括丁二烯苯乙烯共聚物、丁二烯均聚物、苯乙烯、均聚物、苯乙烯/二乙烯基苯共聚物、苯乙烯-丁二烯-二乙烯基苯共聚物等。

①介電性能優異:Dk≒2.4/Df≒0.0002
②較高的耐熱性
③較好的耐化學性
  • 粘結性較差

          


         (二)PTFE柔性膜 


PTFE 樹脂熔融溫度和熔體粘度都比較高。常見商品形態是樹脂分散液、樹脂懸浮液和樹脂粉末。常見加工方式有模壓/車削法、浸漬/模壓法、擠出/模壓法等。因PTFE的線膨脹系數大、導熱系數低等缺點,需要進行增強改性。改性后的膜產品形態通常有 :  
  • PTFE +陶瓷

  • PTFE +玻纖布

  • PTFE + 陶瓷+玻纖布


         (三)LCP液晶高聚物

液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer),簡稱LCP。是80年代初期發展起來的一種新型高性能特種工程塑料。

按照形成條件不同,液晶可以分為受熱熔融的熱致液晶Thermotropic LCP和溶劑溶解的溶致液晶Lyotropic LCP。


在受熱熔融或者被溶劑溶解后,這種材料會失去固體宏觀的尺寸外形、硬度、剛性等性質,外觀上則獲得了液體物質的流動性,同時又保持著晶態物質的取向有序性,從而在物理形態上形成各項異性,又兼具液態流動性和晶態分子有序排列特征的過渡態,這種中間形態成為液晶態。


從分子設計角度來看,商用LCP主要有三種:

  • 一是多苯環剛性分子單體之間通過共聚而成;

  • 二是在分子結構中導入萘環;

  • 三是在分子鏈中使用脂肪族鏈段。


根據不同的分子結構,不同類型的LCP的熔點也不盡相同,通常來說其耐熱性I型>II型>III型。
           


         (四)PPE/PPO 

聚苯醚是本世紀60年代發展起來的高強度工程塑料,化學名稱為聚2,6—二甲基—1,4—苯醚,簡稱PPO(Polyphenylene Oxide)或PPE(Polypheylene ether),又稱為聚亞苯基氧化物或聚苯撐醚。

兩個甲基封閉了酚基兩個鄰位的活性點,使剛性↗,穩定性↗,耐熱性和耐化學穩定性↗。

醚鍵增加柔韌性,但使耐熱性能較差。

兩個甲基為疏水的非極性基團,降低PPO大分子的吸水性和極性,封閉酚基的兩個活性點,使PPO分子結構中無可水解的基團,耐水性好,吸濕性、尺寸穩定性和電絕緣性好。大量剛性酚基芳香環,分子鏈的剛性與分子鏈間的作用力使分子鏈段內旋困難,導致其熔點↗,熔體粘度↗,流動性↘,加工困難。


以上幾種材料的國外主要供應商有:
           

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