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高頻高速板材材料介紹

sera29 @ 2020-06-22 , reply:0

概述

一、高頻高速板材材料介紹在選擇用於高頻電路的PCB所用的基板時,要特別考察材料DK,在不同頻率下的變化特性。而對於側重信號高速傳輸方面的要求,或特性阻抗控制要求,則重點考察DF及其在頻率、溫溼度等條件……

一、高頻高速板材材料介紹
在選擇用於高頻電路的PCB所用的基板時,要特別考察材料DK,在不同頻率下的變化特性。而對於側重信號高速傳輸方面的要求,或特性阻抗控制要求,則重點考察DF及其在頻率、溫溼度等條件下的性能。
一般型基板材料在頻率變化的條件下,表現出DK、DF值變化較大的規律。特別是在l MHz到l GHz的頻率內,它們的DK、DF值的變化更加明顯。例如,一般型環氧樹脂一玻纖布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的頻率下的DK值為4.7, 而在lGHz的頻率下的DK值變化為4.19。超過lGHz以上,它的DK值的變化趨勢於平緩。其變化趨勢是隨著頻率的增高,而變小(但變化幅度不大), 例如在l0GHz下,一般FR一4的DK值為4.15,具有高速、高頻特性的基板材料在頻率變化的情況下,DK值變化較小,自lMHz到lGHz的變化頻 率下,DK多保持在0.02範圍的變化。其DK值在由低到高不同頻率條件下,略微有下降的趨向。
一般型基板材料的介質損失因子(DF),在 受到頻率變化(特別是在高頻範圍內的變化)的影響而產生DF值的變化要比DK大。其變化規律是趨於增大,因此,在評價一種基板材料的高頻特性時,要對其考 察的重點是它的DF值變化情況。具有高速高頻特性的基板材料,在高頻下變化特性方面,一般型基板材料存在著兩類明顯的不同的兩類:一類是隨著頻率的變化, 它的(DF)值變化甚小。還有一類是在變化幅度上與一般型基板材料儘管相近,但它本身的(DF)值較低。
二、高頻高速基板玻纖布介紹
玻 纖增強材料是複合材料中力學強度的主要承擔者,一般來說其介電常數高於樹脂基體,又在複合材料中佔有較高的體積含量,因此是決定複合材料介電性能的主要因 素。在FR-4覆銅板生產中,一直沿用傳統的E-玻纖布,雖然E-玻纖布的綜合性能好,性能價格比較理想,但介電性能欠佳、介電常數偏高(6.6),影響 了它在高頻高速領域中的推廣應用。
目前,世界各國生產的硅酸鹽成分的玻璃纖維織物組成大體相同,其基礎成分都是SiO2、A1203、 CaO三元系統,重量百分比在小範圍內波動。常溫下構成玻璃網絡的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無弱聯繫離子幾乎不導電。但是網絡中充填了陽離子,特別是鹼金屬離 子時,點陣結構在鹼金屬離子處中斷,形成弱聯繫離子,產生熱離子極化。這是影響玻璃介電性能的主要因素。目前通常採用的是無鹼玻纖E玻纖,其介電常數為 7.2(1 MHz),不能滿足高頻高速電路的要求。
首先可以採用的辦法是混雜。在無鹼玻纖中,除了E玻纖外,還有介電性能優秀的D玻纖 (DK=4.7,l MHz)和Q玻纖(DK=3.9,l MHz),D玻璃纖維和Q玻璃纖維,雖然具有優秀的介電性能,但存在著兩大缺點:(1)機械加工性差,對鑽頭磨損大(2)成本高,相當E玻璃布10倍以上 的價格,單獨使用並不合適。通過對不同品種的玻纖進行合理的選配,要求既保證優良的低介電性能、加工性能,又能很好地解決工業化生產的成本問題。
三、高頻高速基板填料介紹
基板材料製造中的填充材料,是指基板材料組成中除增強纖維材料外,作為樹脂填料的化工材料。填充材料在整個基板材料用樹脂中所佔的比例、品種、表面處理技術等,都對基板材料的介電常數有所影響。
無機填料中較常使用的有:滑石粉、高嶺土、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硅微粉與氧化鋁等。填料的加入,可以有效降低產品的吸溼性,從而改善板才的耐熱性,同時,還可以降低板材熱膨脹係數。
填料在選用時還要考慮填料的耐熱性、粒徑分佈、硬度、是否表面處理、使用分散性等因素。在此方面,日立化成開發並應用了新型界面控制體系工藝技術,它使得填料與樹脂之間的界面,達到高分散、高粘接的作用。克服了填料在樹脂中會出現凝聚、分散性低、板成型後出現空隙等問題。
四、高頻高速基板樹脂介紹
玻纖增強材料是複合材料中力學強度的主要承擔者,一般來說其介電常數高於樹脂基體,又在複合材料中佔有較高的體積含量,因此是決定複合材料介電性能的主要因素。在FR-4覆銅板生產中,一直沿用傳統的E-玻纖布,雖然E-玻纖布的綜合性能好,性能價格比較理想,但介電性能欠佳、介電常數偏高(6.6),影響了它在高頻高速領域中的推廣應用。
目前,世界各國生產的硅酸鹽成分的玻璃纖維織物組成大體相同,其基礎成分都是SiO2、A1203、 CaO三元系統,重量百分比在小範圍內波動。常溫下構成玻璃網絡的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無弱聯繫離子幾乎不導電。但是網絡中充填了陽離子,特別是鹼金屬離子時,點陣結構在鹼金屬離子處中斷,形成弱聯繫離子,產生熱離子極化。這是影響玻璃介電性能的主要因素。目前通常採用的是無鹼玻纖E玻纖,其介電常數為 7.2(1 MHz),不能滿足高頻高速電路的要求。
氰酸酯(CE)樹脂是20世紀70年代後期發展起來的一種高性能樹脂基體,CE樹脂在 熱或催化劑作用下,發生環化三聚反應形成含有三嗪環的高交聯度的網絡結構大分子。固化的CE樹脂具有許多優異性能:低的介電係數(2.8-3.2)和極小的介電損耗角正切值(0.002~0.008);高的耐熱性(Tg為240℃-290℃);低的吸溼率(<1.5%);小的熱膨脹係數;優良的力學性能和粘結性能。但CE樹脂韌性較差,固化溫度過高。
採用雙馬來酰亞胺樹脂改性CE樹脂,是CE樹脂改性應用於高頻覆銅板最成功的例子,通常將其稱為BT樹脂。
傳統環氧樹脂由於本身具有含量較大的極性基團,介電性能較差,通常的改性方法有:增加支鏈數,增大材料的自由體積,降低極性基團的濃度;在環氧樹脂中加入雙 鍵結構,使樹脂分子不易旋轉;或引入佔有空間體積較大的基團或高分子非極性樹脂等方法,降低極性基團的含量,提高其介電性能。

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