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高频覆铜板具有高技术壁垒,我国部分产品已达到世界先进水平

尹云肖 2020-01-03 2734 0

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随着5G商用化的初步进行,通信网络、通信基站、云计算和数据中心等领域得以快速发展,其终端电子产品越来越走向高频高速化,市场的扩大也驱动了高速PCB基板材料—高频高速覆铜板技术的发展。

摘要:随着5G商用化的初步进行,通信网络、通信基站、云计算和数据中心等领域得以快速发展,其终端电子产品越来越走向高频高速化,市场的扩大也驱动了高速PCB基板材料—高频高速覆铜板技术的发展。

5G高频技术对PCB提出更高的要求,其通讯设备对PCB的性能的要求主要包括高特性阻抗的精度控制、低传输延迟及低传输损失三方面。而促使PCB高频化主要有两个途径,一是提高PCB加工中的工艺控制,另一是使用高频的覆铜板。

高频覆铜板工艺流程与普通覆铜板类似

高频覆铜板与普通覆铜板的制备流程类似,需经过混胶、上胶烘干、粘切片裁剪后叠BOOK、层压、剪板等流程,工艺过程中的控制技术是影响覆铜板介电损耗和介电常数的因素之一。

首先需要将特种树脂、溶剂及填料按一定比例打入混胶桶中搅拌,将物料搅拌配置成粘稠状胶液;其次将制备好的粘稠状胶液打入胶槽中,并将玻纤布浸入到胶槽中,使胶水粘附在玻纤布上,上胶后的玻纤布进行烘干成为粘结片;第三步将烘干后的粘结片按要求切片,并与铜箔进行叠配输送至无尘室使用自动叠BOOK机组合配好的料与镜面钢板;然后将组合后的半成品传输至热压机热压,使产品在真空环境和高温压环境下保持一定时间,以使铜箔和粘结片连成一体,最终成为表面铜箔、中间绝缘层的覆铜板成品;最后一步将冷却后的成品进行剪裁,按照客户的不同需求剪裁成相应的尺寸。详情过程如图1所示。

图1 高频覆铜板制备工艺流程示意图

(资料来源:PCB资讯)

原料配方比例是影响覆铜板介电损耗与介电常数的主要因素

覆铜板工艺生产的核心难点在于原材料的选择及配方比例,是直接影响覆铜板介电损耗与介电常数的主要因素。

树脂可以实现低损耗材料和低介电常数

传统的环氧树脂由于其具有较大的极性基团,导致介电性能较高,通过使用氰酸酯、苯乙烯马来酸酐、聚四氟乙烯、PPO/APPE以及其他改性热固性塑料等低极化分子结构树脂,以实现低介电常数与低损耗材料。

填料可以改善材料的物理特性同时影响介电常数

填充材料在使用过程中的品种、比例以及表面处理技术等,都会对基板材料的介电常数产生影响。常见的无机填料主要有:氢氧化铝、氢氧化镁、硅微粉、氧化铝、高岭土与滑石粉等。填充材料的加入能够有效降低产品的吸湿性,进而改善板材的耐热性,同时降低板材热膨胀系数。

降低玻纤布介电常数可以有效降低板材介电常数

玻纤布作为覆铜板中力学强度的承担者,在覆铜板中占据较高的体积含量,一般而言其介电常数高于树脂基体,因此是决定复合材料介电性能的主要因素。目前玻纤布厂商仍未放弃开发更低介电常数有机纤维,目前市场常见的玻纤布有聚醚醚酮(PEEK)纤维、芳纶纤维及醋酯纤维。

铜箔影响覆铜板的功率损耗与插入损耗

铜箔的趋肤深度会随着传输inland的增加而减小,在高频环境下铜导体的趋肤深度不足1um,说明大多数电路将在铜箔表面的齿状结构中流过,由于粗糙表面影响电流通过,会影响到功率损耗与插入损耗。

表1 原材料配方对覆铜板的作用

(资料来源:公开信息整理)

我国主要企业多款产品已达到世界及国内顶尖水平

高频板具有技术门槛高和毛利率高的特点,目前全球高频板集中在美日供应商,代表为罗杰斯,以及美资雅龙材料、泰康利、isola等;日本代表供应商为:松下;国内有:生益科技、超华科技等。

随着5G商用化的推广,国产替代势在必行,目前我国主要企业多款产品已打破美日垄断。高频和高速的关系为C=λ×v,高频是高速的必要不充分条件。高频高速板主要应用于基站和服务器等通讯设备。生益科技、超华科技等通过自主研发,多款产品的性能已达到世界及国内顶尖水平。表2为国内主要企业的科技成果。

表2 国内主要企业的科技成果

(资料来源:各公司官网)

结语

综上所述,高频覆铜板与普通覆铜板的制备流程类似,原材料、工艺配方、工艺过程控制是影响覆铜板介电损耗与介电常数三大重要因素,此三大因素需要长时间的实验经验积累及下游应用产品验证,构筑了高频覆铜板制造商核心壁垒。高频板具有技术门槛高,虽然目前市场被美日供应商控制,但随着5G商用化的推进,驱动国内覆铜板企业加大研发力度,目前多款产品的性能已达到世界及国内顶尖水平,国产替代势在必行。

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