高速射频PCB板材与普通FR4的区别

2024-08-27 09:31:12

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高频高速PCB，作为频率超过1GHz的PCB，在业界的具体定义或许存在差异。然而，这类板子以其卓越的物理性能、高精度和严格的技术参数要求著称，广泛应用于通信系统、汽车ADAS系统、卫星通信以及无线电系统等前沿领域。

除了射频系统，现代设备还涵盖了数字处理与接口部分。在消费者对更快互联网连接、移动高清视频和物联网等需求的推动下，PCB不仅需满足高频性能，更需支持高速数字数据传输。IoT、5G、大数据中心等商业应用以及不断增多的个人应用，都在不断刷新数字通信系统对速率的要求。据统计，在数据速率的驱动下，高速数字系统的带宽几乎每三年便实现翻倍增长一倍。

高频高速PCB与普通PCB的差异

高频高速PCB与普通PCB在生产工艺上虽相似，但核心差异在于其原材料的属性。高频高速PCB采用的主要材料是高频高速覆铜板，这种材料具有低的介电常数（Dk）和低的介电损耗因子（Df）。这两个参数对于保证信号传输的速度和品质至关重要。

介电常数（Dk）：

1. 高频高速PCB要求基材的介电常数必须小而稳定，因为信号的传送速率与材料介电常数的平方根成反比。高介电常数容易造成信号传输延误。

2. 与此不同，普通PCB对介电常数的要求相对较低，更侧重于满足一般的电路连接需求。

介电损耗因子（Df）：

1. 高频高速PCB要求基材的介质损耗必须小，以减少信号传输过程中的衰减和热量产生。

2. 普通PCB在这方面的要求相对较低。

阻抗特性：

1. 高速设计的基本原则之一是阻抗控制，高频高速PCB对此有严格要求，以保证信号传输的稳定性和完整性。

2. 普通PCB在阻抗控制方面的要求通常较为宽松。

吸水性：

1. 高频高速PCB要求基材的吸水性低，以防止受潮时介电常数和介质损耗的变化。

2. 普通PCB在这方面的要求通常较低。

高频高速PCB的特点

材料特性：重点关注介电常数（Dk）和介电损耗因子（Df），以及它们的一致性和稳定性。

应用场景：广泛应用于通信系统、汽车ADAS系统、卫星通信系统等领域，满足高频高速信号传输需求。

高速材料特性：

主要关注介电损耗（Df），市场上常用的高速材料根据介电损耗的大小进行等级划分。

高频材料特性：

更注重介电常数（Dk）的稳定性和变化，以及材料介质厚度、温漂系数和频闪性能。

高频材料可分为聚四氟乙烯材料和非聚四氟乙烯材料，根据应用领域的不同选择合适的材料。

聚苯醚（PPO或PPE）作为近年来备受关注的材料，其介电性能仅次于PTFE，且具备更好的可加工性。因此，在高速板中的极低损耗（Very Low Loss）和超低损耗（Ultra Low Loss）应用中，改性PPO树脂如松下M6、M7N以及联茂的IT968、IT988GSE等得到了广泛应用。

对于高频板材而言，虽然PTFE和PCH材料具有极低的介电损耗（Df）和稳定的介电常数（Dk），但受限于其加工性能，难以应用于高多层板和HDI板的加工。为了解决这一问题，材料开发商开始采用PPO树脂来制作高频板。例如，联茂推出的IT-88GMW、IT-8300GA、IT-8350G、IT-8338G、IT-8615G等高频板材，便是采用改性PPO树脂和碳氢树脂的混合体系，既满足了高频信号传输的需求，又大大增强了材料的可加工性。

随着5G通信技术的不断演进，高频产品对PCB的要求也日益提高。一方面，高频信号传输需要更小的介电损耗（Df）和介电常数（Dk）来确保信号的稳定传输；另一方面，随着产品向小型化和统一化方向发展，PCB也必然向高多层甚至HDI方向发展，这对材料的可加工性提出了更高的要求。因此，无论是从高频材料还是高速材料来看，聚苯醚（PPO或PPE）树脂都展现出良好的发展前景，将成为未来高频高速PCB材料的重要发展方向。