高速高频化PCB主要特性与基板材料

一般型树脂基板材料在频率变化的条件下,表现出ε、tanδ值变化较大的规律。特别是在1MHz到1GHz的频率内,它们的ε、tanδ值的变化更加明显。例如,一般型环氧树脂—玻纤布基的基板材料(一般型FR—4)在1MHz的频率下的ε值为4.70,而在1GHz的频率下的ε值变化为4.19。超过1GHz以上,它的ε值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高,它的ε值在逐渐变小(但变化幅度不大)。例如在10GHz下一般FR-4的ε值为4.15.具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下,值保持恒定。自1MHz到1GHz的变化频率下,多为保持ε在0.02范围的变化内。其ε值在不同频率条件下(由低到高),略微有下降的趋向。

一般型基板材料的介质损失角正切(tanδ),在受到频率变化(特别是在高频范围内的变化)的影响而产生tanδ值的变化要比ε大。其变化规律是趋于tanδ值的增大。因此在评价一种基板材料的高频特性时,要对其考察的重点是它的tanδ值变化情况。具有高速高频特性的基板材料,在高频下变化特性方面,与一般型基板材料存在着两类明显的不同:一类是随着频率的变化,它的tanδ值变化甚小。据中国环氧树脂行业协会()专家介绍,还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近,但它由于本身的tanδ值较低。

(2)与温度的关系

图8为不同树脂基板材料的介电常数在不同温度下的变化情况,图9为不同树脂基板材料的介质损失角正切在不同温度下的变化情况。

如图8和图9所示,基板材料的ε、tanδ与温度变化的对应关系,是随着温度的升高而增大。其中tanδ的变化要比ε值变化表现得更加“敏感”。中国环氧树脂行业协会()专家表示,以一般型FR-4为例,有这样的一组测试数据可以对此变化规律加以说明:0.018(在-30℃下)→0.020(在0℃

下)→0.022(在30℃下)→0.024(在60℃下)→0.028(在90℃下)。高速、高频化的基板材料,在温度由低到高的变化条件下,其ε、tanδ变化幅度小,或ε、tanδ值本身基点就较低。

2009年2月11日讯:消当前,生产、开发环氧树脂印刷线路板(PCB)用基板材料的高速化、高频化,已成为了全世界环氧树脂印刷线路板(PCB)厂家,以及环氧树脂印刷线路板(PCB)基板材料基板生产厂的重要课题。中国环氧树脂行业协会()专家表示,更深入的研究基板材料高速化、高频化的理论、特性,了解国外的开发进展以及在环氧树脂印刷线路板(PCB)制造中,达到最佳对这类基板材料的选择和应用,是当前需要开展的一项十分重要和必要的技术工作。

(3)与吸湿性的关系

基板材料树脂的分子构造中的极性大小,对它的高速、高频化的特性有相当大的影响。当分子结构中的极性越大,它的介电常数就越低。而水分子为高极性分子,它的ε值高达70。因此残留在基板材料内的湿气,会使基板材料的ε、tanδ值增大。为此可以看出,吸水率的大小,也是高速高频化的基板材料的一项非常重要的特性项目。同时,若基板材料的吸水率(或吸潮率)过大,还会使多层板在压制加工时出现分层等问题。基板材料的耐湿性能,还对它的耐金属离子迁移性、耐漏电起痕性、湿态下的绝缘性能、耐热冲击性等带来有较大的影响。高Tg的基板材料一般在耐水、耐湿性方面表现优良。

在选择、评价高速高频化的基板材料的耐水、耐湿性方面,经常采用“PCT处理后的吸水率”的性能项目。PCT(高压锅蒸煮实验)处理, 是基板材料置于:121℃,0.2MPa 条件下, 进行数个小时(或数10几个小时)的吸潮处理,然后再测定它的吸水率。由于这种测试方法是非常苛刻的,这样就拉开了各种基板材料在耐水、耐湿性上的差距,更容易得到分辨。中国环氧树脂行业协会()专家表示,以一般FR-4基板材料为例,它随着PCT的处理的时间延长,吸水率有较明显的增加:0.492%(0.5h)→0.50 % (2.5h)→0.78% (6.5h) →1.25%(2.5h),高速高频化的基板材料在PCT后的吸水率,一般FR-4的约1/2左右。

3、对高速高频化基板材料的性能要进行全面、综合的评价

无论是基板材料生产厂家在对高速高频化基板材料的开发、生产中,还是环氧树脂印刷线路板(PCB)厂家在对高速高频化基板材料的选择、使用中,都应该作到对它性能的全面、综合的评价。达到全面、综合的评价,主要是要把握对它的3个方面性能的考察、评价,据中国环氧树脂行业协会()专家介绍,这就是基本性能、应用加工性能、成本性。

(1)基本性能

对高速高频化基板材料基本性能的考核和评价,是指按照通用、常规的标准(目前多IPC-4101A标准为依据)所规定的项目、指标,看其实际测定的性能情况。在十几项的基本性能中,应特别应注意它的耐热性(Tg)、耐酸碱及化学药品性、吸水性、尺寸稳定性等项目的实际性能。

(2)应用加工性能

高速高频化基板材料的应用加工性能,主要是指它的在多层板成形加工中的层压加工性;孔的加工特性;在各种环境实验下的性能表现。中国环氧树脂行业协会()专家表示,这3方面的性能,最终都是为了保证高速高频化环氧树脂印刷线路板(PCB)的导通、绝缘可靠性要求的达到。

判别基板材料的半固化片的熔融粘度高低及其变化规律,是衡量这种基板材料层压加工性好坏的、常见且有效的方式。由于许多高速高频化基板材料的树脂,在组成上为了降低ε、tanδ值,而采用了高分子量的树脂结构、IPN(互穿聚合物网络)树脂结构、,使得它的熔融粘度较高(与一般型FR-4相比)。如果基板材料树脂(B阶段)熔融粘度较高,那么它与层压加工的工艺条件(指层压的温度、压力、预温时间等)不适应。就会造成多层板在层压加工中出现基板的“起层”、层间粘接力的降低。这也间接造成基板受湿后的介电性能的严重下降(ε、tanδ值的升高)的影响。因此在选择某种高速高频化基板材料时,要很好地了解、研究它的层压时的熔融粘度特性。

在各种环境实验条件下,判定各种高速高频化基板材料的性能如何,主要有通过“冷→热冲击 ”的循环周期变化下,去测定基板材料的导通孔间的绝缘电阻的变化。以及在连续的高湿高温处理条件下,去连续测定基板材料的绝缘电阻的变化。中国环氧树脂行业协会()专家表示,这是为考核它的绝缘可靠性。

(3)成本性

根据台湾环氧树脂印刷线路板(PCB)业的近期有关调查统计,在含有高速、高频化特性的电子产品(或通信产品)中,印制电路板制造成本占整个已组装了电子元器件的PCB组件成本的8~12%。在有的产品中,PCB的制造成本所占的比例甚至超过12%。因此环氧树脂印刷线路板(PCB)在市场上竞争的一个重要方面,是PCB的制造成本的竞争。使用高速高频化基板材料必然要比使用一般基板材料要在材料成本上有所增高。如何在达到高速高频特性的前提下,恰当地选择合理等级、档次的这类基板材料,这成为PCB业在技术开发上的一个值得研究、试验的重要方面。

此方面的对基板材料的考察、研究,应该是综合性的。中国环氧树脂行业协会()专家表示,如还包括考察它的加工性情况对制造成本的影响问题。当前,选择高速高频化基板材料,若是从侧重于考虑成本性出发去考虑,那么低ε型FR-4、以及环氧树脂改性PPE树脂的基板材料,是较为受到业的青睐的。目前它们相比于其它的高速高频化基板材料有更大的应用市场。

2009年2月12日讯:消当前,生产、开发环氧树脂印刷线路板(PCB)用基板材料的高速化、高频化,已成为了全世界环氧树脂印刷线路板(PCB)厂家,以及环氧树脂印刷线路板(PCB)基板材料基板生产厂的重要课题。中国环氧树脂行业协会()专家表示,更深入的研究基板材料高速化、高频化的理论、特性,了解国外的开发进展以及在环氧树脂印刷线路板(PCB)制造中,达到最佳对这类基板材料的选择和应用,是当前需要开展的一项十分重要和必要的技术工作。

4、高速度传输电路与高频电路对PCB性能要求的侧重面

以上,中国环氧树脂行业协会()专家通过对高速高频化基板材料品种、特性以及如何进行对它们的评价与选定问题作了论述。其论述多侧重于“高速”与“高频”2个特性的共同方面。中国环氧树脂行业协会(e.cn)专家表示,而结合实际的深入研究,就可以还得到了另一方面的认识——它们之间的特殊性方面。

在环氧树脂印刷线路板(PCB)生产厂家对高速高频化基板材料选择、应用的开发工作中,为了解决技术难点、为了能在制造成本上有所降低,迫使PCB的设计者、制造者要更多的、更广泛

的了解、掌握基板材料的高频电路方面的特性,同时还有要掌握基板材料的高速传输方面的特性。以及了解、掌握两者之间的区别方面。根据它们的差异方面(即特殊性方面)去更准确的把握选择适于它的基板材料的原则。

目前许多环氧树脂印刷线路板(PCB)厂家,从理论和实践中感悟到:在选择用于高频电路的PCB所用的基板材料时,对基板材料的特性要求要特别注重考察它的tanδ,在不同频率下的变化特性如何。而对PCB侧重于信号高速传输方面的要求,或对PCB侧重于具备有特性阻抗高精度控制要求时,则应该重点考察所用的基板材料的ε的特性及其它在频率、湿度、温度等条件变化下的性能情况。中国环氧树脂行业协会()专家表示,世界上有些基板材料生产厂家,在对这一方面有了进一步的深入认识的基础之上,也及时的开发和推向市场各适于高速化和高频化的系列的低ε及低tanδ的品种。

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