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為你介紹一下5G線路板高頻高速材料

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PCB產(chǎn)業(yè)鏈的中游是覆銅板行業(yè),它為PCB產(chǎn)品提供原材料。覆銅板是將電子玻纖布或其它增強(qiáng)材料浸以樹(shù)脂膠黏劑,通過(guò)烘干、裁剪、疊合成坯料,一面或雙面覆以銅箔并經(jīng)熱壓而制成的一種板狀材料,主要用于制作印制電路板(PCB),對(duì)PCB起互聯(lián)導(dǎo)通、絕緣和支撐的作用。產(chǎn)業(yè)鏈上游為電解銅箔、木漿紙、玻纖布、樹(shù)脂等原材料,下游是PCB產(chǎn)品,終端產(chǎn)業(yè)是航空航天、汽車(chē)、家電、通信、計(jì)算機(jī)等。

 

19年5G初步商用,核心材料高頻覆銅板等制品的上游原材料與傳統(tǒng)CCL基本類(lèi)似。

 

PCB廠生產(chǎn)為適用于高頻環(huán)境的高頻電路板后應(yīng)用于基站天線模組、功率放大器模組等設(shè)備元器件,并最終廣泛應(yīng)用于通信基站(天線、功率放大器、低噪音放大器、濾波器等)、汽車(chē)輔助系統(tǒng)、航天技術(shù)、衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星電視、軍事雷達(dá)等高頻通信領(lǐng)域。

 

5G高頻技術(shù)對(duì)電路提出更高要求。工作頻率在1GHz以上的射頻電路一般被稱(chēng)為高頻電路,移動(dòng)通信從2G到3G、4G過(guò)程中,通信頻段從800MHz發(fā)展至2.5GHz,5G時(shí)代,通信頻段將進(jìn)一步提升。PCB板在5G射頻方面將搭載天線振子、濾波器等器件。按工信部要求,預(yù)計(jì)早期5G部署將采用3.5GHz頻段,4G頻段主要在2GHz左右。通常把30~300GHz頻段內(nèi)的波長(zhǎng)為1~10毫米的電磁波成為毫米波。


5G線路板大規(guī)模商用時(shí),毫米波技術(shù)保證了更好的性能:帶寬極寬,28GHz頻段可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz,60GHz頻段每個(gè)信道可用信號(hào)帶寬可達(dá)2GHz;相應(yīng)天線分辨率高,抗干擾性能好,小型化可實(shí)現(xiàn);大氣中傳播衰減較快,可實(shí)現(xiàn)近距離保密通信。

 

為解決高頻高速的需求,以及應(yīng)對(duì)毫米波穿透力差、衰減速度快的問(wèn)題,5G通信設(shè)備對(duì)PCB的性能要求有以下三點(diǎn):


1. 低傳輸損失;2. 低傳輸延遲;3. 高特性阻抗的精度控制。PCB高頻化有兩條途徑,一個(gè)是PCB的加工制程要求更高,另一個(gè)是使用高頻的CCL——滿足高頻應(yīng)用環(huán)境的基板材料稱(chēng)為高頻覆銅板。

 

主要有介電常數(shù)(Dk)和介電損耗因子(Df)兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量高頻覆銅板材料的性能。Dk和Df越小越穩(wěn)定,高頻高速基材的性能越好。此外,射頻板方面,PCB板面積更大,層數(shù)更多,需要基材有更高耐熱(Tg,高溫模量保持率)以及更嚴(yán)格的厚度公差。

 

常見(jiàn)線路板主要的高頻高速材料有幾種:碳?xì)錁?shù)脂、PTFE、LCP液晶高聚物、PPE/PPO等。

         

 (一)碳?xì)錁?shù)脂 

 

碳?xì)錁?shù)脂是指聚烯烴均聚物或共聚物,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介電性能優(yōu)異:Dk≒2.4/Df≒0.0002
②較高的耐熱性③較好的耐化學(xué)性

粘結(jié)性較差

          
(二)PTFE柔性膜 
PTFE 樹(shù)脂熔融溫度和熔體粘度都比較高。常見(jiàn)商品形態(tài)是樹(shù)脂分散液、樹(shù)脂懸浮液和樹(shù)脂粉末。常見(jiàn)加工方式有模壓/車(chē)削法、浸漬/模壓法、擠出/模壓法等。因PTFE的線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)低等缺點(diǎn),需要進(jìn)行增強(qiáng)改性。改性后的膜產(chǎn)品形態(tài)通常有 :  

PTFE +陶瓷

PTFE +玻纖布

PTFE + 陶瓷+玻纖布

 

(三)LCP液晶高聚物

 

液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer),簡(jiǎn)稱(chēng)LCP。是80年代初期發(fā)展起來(lái)的一種新型高性能特種工程塑料。
按照形成條件不同,液晶可以分為受熱熔融的熱致液晶Thermotropic LCP和溶劑溶解的溶致液晶Lyotropic LCP。

 

在受熱熔融或者被溶劑溶解后,這種材料會(huì)失去固體宏觀的尺寸外形、硬度、剛性等性質(zhì),外觀上則獲得了液體物質(zhì)的流動(dòng)性,同時(shí)又保持著晶態(tài)物質(zhì)的取向有序性,從而在物理形態(tài)上形成各項(xiàng)異性,又兼具液態(tài)流動(dòng)性和晶態(tài)分子有序排列特征的過(guò)渡態(tài),這種中間形態(tài)成為液晶態(tài)。

 

從分子設(shè)計(jì)角度來(lái)看,商用LCP主要有三種:

一是多苯環(huán)剛性分子單體之間通過(guò)共聚而成;

二是在分子結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入萘環(huán);

三是在分子鏈中使用脂肪族鏈段。

 

 

根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu),不同類(lèi)型的LCP的熔點(diǎn)也不盡相同,通常來(lái)說(shuō)其耐熱性I型>II型>III型。           

 

(四)PPE/PPO 

 

聚苯醚是本世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的高強(qiáng)度工程塑料,化學(xué)名稱(chēng)為聚2,6—二甲基—1,4—苯醚,簡(jiǎn)稱(chēng)PPO(Polyphenylene Oxide)或PPE(Polypheylene ether),又稱(chēng)為聚亞苯基氧化物或聚苯撐醚。
兩個(gè)甲基封閉了酚基兩個(gè)鄰位的活性點(diǎn),使剛性↗,穩(wěn)定性↗,耐熱性和耐化學(xué)穩(wěn)定性↗。
醚鍵增加柔韌性,但使耐熱性能較差。
兩個(gè)甲基為疏水的非極性基團(tuán),降低PPO大分子的吸水性和極性,封閉酚基的兩個(gè)活性點(diǎn),使PPO分子結(jié)構(gòu)中無(wú)可水解的基團(tuán),耐水性好,吸濕性、尺寸穩(wěn)定性和電絕緣性好。大量剛性酚基芳香環(huán),分子鏈的剛性與分子鏈間的作用力使分子鏈段內(nèi)旋困難,導(dǎo)致其熔點(diǎn)↗,熔體粘度↗,流動(dòng)性↘,加工困難。

 


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