高频电路板FR4高精密多层HDI 之 高频板材选型

高频电路板FR4高精密多层HDI 之 高频板材选型

常见FR-4的特性

    FR-4本身为环氧树脂，而环氧树脂中的聚四氟乙烯（PTFE），特点是便宜，损耗小，时延小。

    PTFE在所有树脂中介电常数和介质损耗正切最小，损耗最小。

    Dk一般为 4.4 Df为0.02。

特殊材料赋予的板材特性

玻璃纤维增强的PTFE

    玻璃纤维增强的PTFE，可以做到更小的损耗。

    如常见的：RT/duroid 5870 5880 都是玻璃纤维增强型的高频板，介电常数和介质损耗正切非常小。

陶瓷粉填充

    主要为提高产品的耐热性能。

    如常见的 RT/duroid 6002 在低损耗的前提下，进一步提高了耐热性能

低成本的热固性树脂系列。

    除了聚四氟乙烯PTPE的使用，但成本问题，可以引入热固性树脂（结合陶瓷粉填充技术），性价比更高。

    而科研和民用工业最常用的就是 RO 4003 和 RO 4350 在高频板材的选型中，具备极高的性价比。

高频板的选型要求

温度热稳定性：

    避免温度的变化过大而引起介电常数的不稳定，使其发生变化。

频率稳定性：

    高频板的频率范围一般在1%，聚四氟乙烯在0.5%，FR4就变化特别大，500M~8G，变化7%，这也是FR-4无法用于高频和高速数字电路设计的重要原因。

热膨胀系数：

    热膨胀系数最容易影响到过孔的可靠性。当温度升高到一定值Tg时，会引起板材厚度会发生巨大变化。

    因此一般要求Tg都比较高，Rogers高频板材可以做到Tg 280，具备极好的热稳定性能。

    玻璃化转变温度Tg（glass transition temperature），指的是材料从一个相对刚性或“玻璃”状态转变为易变性或软化状态的温度转变点。

不同板材的应用场合

高速数字板：

    一般用RO4003系列就可以，介电常数稳定，损耗较低，目前已广泛应用于毫米波频段的宽带模拟电路中，以及25Gb/s的高速数字电路中。

    对于微带天线，低损耗还是为关键，需要尽可能选择低介电常数和低介电损耗正切值的板材，但低的介电常数又会影响到天线尺寸。

    两种方案：选择电气性能最优的RT/duroid 6002 PTFE复合介质，有介电常数2.94和0.0012的损耗因子，热膨胀系数在24ppm/C。

    也可以选用RO3200这种低成本的方案，玻璃纤维增强的低成本陶瓷粉填充基本，而且介电常数可变3.02~10的节电常数，从而减小天线尺寸。（天线尺寸一般与介电常数的开平方成反比）

汽车行业，倒车雷达等：

    工业中，产品的寿命是最为关键的，且负载的工作环境也会对板材提出特殊的要求，长时间工作的需要对高温氧化的环境有一定抵抗能力。

    可以选用低成本的RO4835，它在RO4350的基础上进行了改进，可以更加适用于高温环境。

对于移动通信行业，散热能力非常重要

    可以选用RO3235 RO3006低成本的方案，导热能力强，散热好。而在低损耗要求下可以选用特性最好的RT/duroid 6035HTC，导热系数也比较好。

对于板上的射频几何结构电路（功分器，耦合器，滤波器等）

    因为这些器件要求有强耦合的特性，则材料尺寸应该尽量小，而使得有更好的电磁耦合。

    而介电常数的变化对结构电路有很大的影响，且如果介电常数优各向异性，则影响会更大。

而TMM材料就可以解决这种各向异性的分布。

对于多层天线的设计

    因为天线设计在层内，如果层在Z轴方向因为热膨胀而引起的变形，会影响到天线的性能

    所以可以使用RT/duroid 5880 这种热膨胀系数较好的材料237ppm/C，而目前Rogers公司针对空心球填充技术应用，新版RT/duroid 5880LZ可以把膨胀系数降低到41ppm/C

无源互调需求

    这主要是为了防止无源电路中出现不同频率的混合产物

    RO4725 RO4730在天线设计中可以避免这种影响。

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