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5G线路板高频高速材料介绍

覆铜板行业处于整个PCB产业链中游,为PCB产品提供原材料。覆铜板是将电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂胶黏剂,通过烘干、裁剪、叠合成坯料,一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料,主要用于制作印制电路板(PCB),对PCB起互联导通、绝缘和支撑的作用。产业链上游为电解铜箔、木浆纸、玻纤布、树脂等原材料,下游是PCB产品,终端产业是航空航天、汽车、家电、通信、计算机等。


19年5G初步商用,核心材料高频覆铜板等制品的上游原材料与传统CCL基本类似,经过下游PCB制造商生产为适用于高频环境的高频电路板后应用于基站天线模组、功率放大器模组等设备元器件,并最终广泛应用于通信基站(天线、功率放大器、低噪音放大器、滤波器等)、汽车辅助系统、航天技术、卫星通讯、卫星电视、军事雷达等高频通信领域。


5G高频技术对电路提出更高要求。工作频率在1GHz以上的射频电路一般被称为高频电路,移动通信从2G到3G、4G过程中,通信频段从800MHz发展至2.5GHz,5G时代,通信频段将进一步提升。PCB板在5G射频方面将搭载天线振子、滤波器等器件。按工信部要求,预计早期5G部署将采用3.5GHz频段,4G频段主要在2GHz左右。通常把30~300GHz频段内的波长为1~10毫米的电磁波成为毫米波。

5G大规模商用时,毫米波技术保证了更好的性能:带宽极宽,28GHz频段可用频谱带宽可达1GHz,60GHz频段每个信道可用信号带宽可达2GHz;相应天线分辨率高,抗干扰性能好,小型化可实现;大气中传播衰减较快,可实现近距离保密通信。



为解决高频高速的需求,以及应对毫米波穿透力差、衰减速度快的问题,5G通信设备对PCB的性能要求有以下三点:

1. 低传输损失;
2. 低传输延迟;
3. 高特性阻抗的精度控制。PCB高频化有两条途径,一个是PCB的加工制程要求更高,另一个是使用高频的CCL——满足高频应用环境的基板材料称为高频覆铜板。


主要有介电常数(Dk)和介电损耗因子(Df)两个指标来衡量高频覆铜板材料的性能。Dk和Df越小越稳定,高频高速基材的性能越好。此外,射频板方面,PCB板面积更大,层数更多,需要基材有更高耐热(Tg,高温模量保持率)以及更严格的厚度公差。


常见线路板主要的高频高速材料有几种:碳氢树脂、PTFE、LCP液晶高聚物、PPE/PPO等。

         


   (一)碳氢树脂 

碳氢树脂是指聚烯烃均聚物或共聚物,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介电性能优异:Dk≒2.4/Df≒0.0002
②较高的耐热性
③较好的耐化学性
  • 粘结性较差

          


         (二)PTFE柔性膜 


PTFE 树脂熔融温度和熔体粘度都比较高。常见商品形态是树脂分散液、树脂悬浮液和树脂粉末。常见加工方式有模压/车削法、浸渍/模压法、挤出/模压法等。因PTFE的线膨胀系数大、导热系数低等缺点,需要进行增强改性。改性后的膜产品形态通常有 :  
  • PTFE +陶瓷

  • PTFE +玻纤布

  • PTFE + 陶瓷+玻纤布


         (三)LCP液晶高聚物

液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer),简称LCP。是80年代初期发展起来的一种新型高性能特种工程塑料。

按照形成条件不同,液晶可以分为受热熔融的热致液晶Thermotropic LCP和溶剂溶解的溶致液晶Lyotropic LCP。


在受热熔融或者被溶剂溶解后,这种材料会失去固体宏观的尺寸外形、硬度、刚性等性质,外观上则获得了液体物质的流动性,同时又保持着晶态物质的取向有序性,从而在物理形态上形成各项异性,又兼具液态流动性和晶态分子有序排列特征的过渡态,这种中间形态成为液晶态。


从分子设计角度来看,商用LCP主要有三种:

  • 一是多苯环刚性分子单体之间通过共聚而成;

  • 二是在分子结构中导入萘环;

  • 三是在分子链中使用脂肪族链段。


根据不同的分子结构,不同类型的LCP的熔点也不尽相同,通常来说其耐热性I型>II型>III型。
           


         (四)PPE/PPO 

聚苯醚是本世纪60年代发展起来的高强度工程塑料,化学名称为聚2,6—二甲基—1,4—苯醚,简称PPO(Polyphenylene Oxide)或PPE(Polypheylene ether),又称为聚亚苯基氧化物或聚苯撑醚。

两个甲基封闭了酚基两个邻位的活性点,使刚性↗,稳定性↗,耐热性和耐化学稳定性↗。

醚键增加柔韧性,但使耐热性能较差。

两个甲基为疏水的非极性基团,降低PPO大分子的吸水性和极性,封闭酚基的两个活性点,使PPO分子结构中无可水解的基团,耐水性好,吸湿性、尺寸稳定性和电绝缘性好。大量刚性酚基芳香环,分子链的刚性与分子链间的作用力使分子链段内旋困难,导致其熔点↗,熔体粘度↗,流动性↘,加工困难。


以上几种材料的国外主要供应商有:
           


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