PCB高频板材有哪些?pcb高频板材分类

电子魔法师 发表于 2018-05-03 16:31:09 收藏 已收藏
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PCB高频板材有哪些?pcb高频板材分类

电子魔法师 发表于 2018-05-03 16:31:09

  PCB高频板的定义

  高频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(30GHZ)以上的应用,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

  1、末陶瓷填充热固性材料

  加工方法:

  和环氧树脂/玻璃编织布(FR4)类似的加工流程,只是板材比较脆,容易断板,钻孔和锣板时钻咀和锣刀寿命要减少20%。

  2、PTFE(聚四氟乙烯)材料

  加工方法:

  1.开料:必须保留保护膜开料,防止划伤、压痕

  2.钻孔:

  2.1用全新钻咀(标准130),一块一迭为最佳,压脚压力为40psi

  2.2铝片为盖板,然后用1mm密胺垫板,把PTFE板加紧

  2.3钻后用风枪把孔内粉尘吹出

  2.4用最稳定的钻机,钻孔参数(基本上是孔越小,钻速要快,Chip load越小,回速越小)

  3.孔处理

  等离子处理或者钠萘活化处理利于孔金属化

  4.PTH沉铜

  4.1微蚀后(已微蚀率20微英寸控制),在PTH拉从除油缸开始进板

  4.2如有需要,便过第二次PTH,只需从预计?缸开始进板

  5.阻焊

  5.1 前处理:采用酸性洗板,不能用机械磨板

  5.2 前处理后焗板(90℃,30min),刷绿油固化

  5.3 分三段焗板:一段80℃、100℃、150℃,时间各30min(如有发现基材面甩油,可以返工:把绿油洗掉,重新活化处理)

  6.锣板

  将白纸铺在PTFE板线路面,上下用厚度为1.0MM蚀刻去铜的FR-4基材板或者酚醛底板夹紧:如图:

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  高频高速板材材料

  在选择用于高频电路的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。

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  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。

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  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。

  下面将分别介绍,选择合适的板材主要考虑因素:

  1、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;

  2、与产品匹配的各种性能(电气、性能稳定性等):

  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。

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  3、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;

  4、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;

  5、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。

  常用的高速板材有:

  1)、罗杰斯Rogers:RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等

  2)、台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等

  3)、松下Panasonic:Megtron4、Megtron6等

  4)、Isola:FR408HR、IS620、IS680等

  5)、Nelco:N4000-13、N4000-13EPSI等

  6)、东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等

  当然还有很多其他高频板材,比如Arlon(去年被罗杰斯收购)、Taconic,都是老品牌射频微波板厂,性能有保障。

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

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