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特殊PCB线路板基材为什么要选用高TG材料
发布日期:2019-06-21
【为什么PCB要使用高Tg材料】
首先要讲一下,高Tg指的是高耐热性。随着电子工业的飞跃发展,特别是以计算机为代表的电子产品,向着高功能化、高多层化发展,需要PCB基板材料的更高的耐热性作为重要的保证。以SMT、CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展,使PCB在小孔径、精细线路化、薄型化方面,越来越离不开基板高耐热性的支持。
PCB基板材料在高温下,不但产生软化、变形、熔融等现象,同时还表现在机械、电气特性的急剧下降(我想大家不想看见自己的产品出现这种情况)。所以一般的FR-4与高Tg的FR-4的区别:是在热态下,特别是在吸湿后受热下,其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异,高Tg产品明显要好于普通的PCB基板材料。
电子设备高频化是发展趋势,尤其在无线网络、卫星通讯的日益发展,信息产品走向高速与高频化,及通信产品走向容量大速度快的无线传输之语音、视像和数据规范化.因此发展的新一代产品都需要高频基板。
高频印制电路板应用如下:
应用场所 使用频率
Cellular & Pager Telecom. 1 ~ 3 GHz
个人接收基地台或卫星发射 13 ~ 24 GHz
汽车防碰撞系统(CA) 75GHz
直播卫星系统(DBS) 13GHz
卫星降频器(LNB/LNA) 2 ~ 3GHZ
家庭接收卫星 12 ~ 14GHz
全球卫星定位系统(GPS) -40 ~85℃ 1.57/1.22GHz
汽车、个人接收卫星 2.4GHz
无线携带通信天线系统 14GHz
卫星小型地面站(VSAT) 12 ~ 14GHz
数字微波系统(基站对基站接收) 10 ~ 38GHz
对于上表中卫星系统、移动电话接收基站等通信产品必须应用高频电路板,在未来几年又必然迅速发展,高频基板就会大量需求。
高频基板材料的基本特性要求有以下几点:
(1) 介电常数 (Dk)必须小而且很稳定,通常是越小越好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迟。
(2) 介质损耗 (Df)必须小,这主要影响到信号传送的品质, 介质损耗越小使信号损耗也越小。
(3) 与铜箔的热膨胀系数尽量一致,因为不一致会在冷热变化中造成铜箔分离。
(4) 吸水性要低、吸水性高就会在受潮时影响介电常数与介质损耗。
(5) 其它耐热性、抗化学性、冲击强度、剥离强度等亦必须良好。
一般来说,高频可定义为频率在1GHz以上.目前较多采用的高频电路板基材是氟糸介质基板,如聚四氟乙烯(PTFE),平时称为特氟龙,通常应用在5GHz以上。另外还有用FR-4或PPO基材,可用于1GHz ~ 10GHz之间的产品,这三种高频基板物性比较如下。
物性 氟系高分子 陶瓷 PPO 环氧 FR-4
介电常数 (Dk) 3.0 0.04~ 3.38 0.05~ 4.4
介质损耗(Df)10GHz 0.0013 0.0027 0.02
剥离强度 (N/mm) 1.04 1.05 2.09
热传导性 (W/m/0K) 0.50 0.64 --
频率范围 300MHz ~ 40GHz 800MHz ~ 12GHz 300MHz ~ 4GHz
温度范围 (℃) -55 ~ 288 0 ~ 100 -50 ~ 100
传输速度 (In/sec) 7.95 6.95 5.82
吸水性 (%)
现阶段所使用的环氧树脂、PPO树脂和氟系树脂这三大类高频基板材料,以环氧树脂成本最便宜,而氟系树脂最昂贵;而以介电常数、介质损耗、吸水率和频率特性考虑,氟系树脂最佳,环氧树脂较差。当产品应用的频率高过10GHz时,只有氟系树脂印制板才能适用。显而易见, 氟系树脂高频基板性能远高于其它基板,但其不足之处除成本高外是刚性差,及热膨胀系数较大。对于聚四氟乙烯(PTFE)而言,为改善性能用大量无机物(如二氧化硅SiO2)或玻璃布作增强填充材料,来提高基材刚性及降低其热膨胀性。另外因聚四氟乙烯树脂本身的分子惰性,造成不容易与铜箔结合性差,因此更需与铜箔结合面的特殊表面处理。处理方法上有聚四氟乙烯表面进行化学蚀刻或等离子体蚀刻,增加表面粗糙度或者在铜箔与聚四氟乙烯树脂之间增加一层粘合膜层提高结合力,但可能对介质性能有影响。
整个氟系高频电路基板的开发,需要有原材料供应商、研究单位、设备供应商、PCB制造商与通信产品制造商等多方面合作,以跟上高频电路板这一领域快速发展的需要。
 

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