高頻電路板FR4高精密多層HDI 之 高頻板材選型

常見FR-4的特性

????FR-4本身為環(huán)氧樹脂，而環(huán)氧樹脂中的聚四氟乙烯（PTFE），特點(diǎn)是便宜，損耗小，時(shí)延小。

????PTFE在所有樹脂中介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切最小，損耗最小。

????Dk一般為 4.4 Df為0.02。

特殊材料賦予的板材特性

玻璃纖維增強(qiáng)的PTFE

????玻璃纖維增強(qiáng)的PTFE，可以做到更小的損耗。

????如常見的：RT/duroid 5870 5880 都是玻璃纖維增強(qiáng)型的高頻板，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗正切非常小。

陶瓷粉填充

????主要為提高產(chǎn)品的耐熱性能。

????如常見的 RT/duroid 6002 在低損耗的前提下，進(jìn)一步提高了耐熱性能

低成本的熱固性樹脂系列。

????除了聚四氟乙烯PTPE的使用，但成本問題，可以引入熱固性樹脂（結(jié)合陶瓷粉填充技術(shù)），性價(jià)比更高。

????而科研和民用工業(yè)最常用的就是 RO 4003 和 RO 4350 在高頻板材的選型中，具備極高的性價(jià)比。

高頻板的選型要求

溫度熱穩(wěn)定性：

????避免溫度的變化過大而引起介電常數(shù)的不穩(wěn)定，使其發(fā)生變化。

頻率穩(wěn)定性：

????高頻板的頻率范圍一般在1%，聚四氟乙烯在0.5%，F(xiàn)R4就變化特別大，500M~8G，變化7%，這也是FR-4無法用于高頻和高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的重要原因。

熱膨脹系數(shù)：

????熱膨脹系數(shù)最容易影響到過孔的可靠性。當(dāng)溫度升高到一定值Tg時(shí)，會引起板材厚度會發(fā)生巨大變化。

????因此一般要求Tg都比較高，Rogers高頻板材可以做到Tg 280，具備極好的熱穩(wěn)定性能。

????玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg（glass transition temperature），指的是材料從一個(gè)相對剛性或“玻璃”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐鬃冃曰蜍浕癄顟B(tài)的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

不同板材的應(yīng)用場合

高速數(shù)字板：

????一般用RO4003系列就可以，介電常數(shù)穩(wěn)定，損耗較低，目前已廣泛應(yīng)用于毫米波頻段的寬帶模擬電路中，以及25Gb/s的高速數(shù)字電路中。

????對于微帶天線，低損耗還是為關(guān)鍵，需要盡可能選擇低介電常數(shù)和低介電損耗正切值的板材，但低的介電常數(shù)又會影響到天線尺寸。

????兩種方案：選擇電氣性能最優(yōu)的RT/duroid 6002 PTFE復(fù)合介質(zhì)，有介電常數(shù)2.94和0.0012的損耗因子，熱膨脹系數(shù)在24ppm/C。

????也可以選用RO3200這種低成本的方案，玻璃纖維增強(qiáng)的低成本陶瓷粉填充基本，而且介電常數(shù)可變3.02~10的節(jié)電常數(shù)，從而減小天線尺寸。（天線尺寸一般與介電常數(shù)的開平方成反比）

汽車行業(yè)，倒車?yán)走_(dá)等：

????工業(yè)中，產(chǎn)品的壽命是最為關(guān)鍵的，且負(fù)載的工作環(huán)境也會對板材提出特殊的要求，長時(shí)間工作的需要對高溫氧化的環(huán)境有一定抵抗能力。

????可以選用低成本的RO4835，它在RO4350的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，可以更加適用于高溫環(huán)境。

對于移動通信行業(yè)，散熱能力非常重要

????可以選用RO3235 RO3006低成本的方案，導(dǎo)熱能力強(qiáng)，散熱好。而在低損耗要求下可以選用特性最好的RT/duroid 6035HTC，導(dǎo)熱系數(shù)也比較好。

對于板上的射頻幾何結(jié)構(gòu)電路（功分器，耦合器，濾波器等）

????因?yàn)檫@些器件要求有強(qiáng)耦合的特性，則材料尺寸應(yīng)該盡量小，而使得有更好的電磁耦合。

????而介電常數(shù)的變化對結(jié)構(gòu)電路有很大的影響，且如果介電常數(shù)優(yōu)各向異性，則影響會更大。

而TMM材料就可以解決這種各向異性的分布。

對于多層天線的設(shè)計(jì)

????因?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)在層內(nèi)，如果層在Z軸方向因?yàn)闊崤蛎浂鸬淖冃?，會影響到天線的性能

????所以可以使用RT/duroid 5880 這種熱膨脹系數(shù)較好的材料237ppm/C，而目前Rogers公司針對空心球填充技術(shù)應(yīng)用，新版RT/duroid 5880LZ可以把膨脹系數(shù)降低到41ppm/C

無源互調(diào)需求

????這主要是為了防止無源電路中出現(xiàn)不同頻率的混合產(chǎn)物

????RO4725 RO4730在天線設(shè)計(jì)中可以避免這種影響。

---------------------------------------------【END】---------------------------------------------