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对高速高频化基板材料的选择与评价

  1高速离频化基板材料的种类与特性高速高频化蓽板材料tl前有许多种类。但它们冇一个共间的特性,这就是基板材料所用的树St其介电常数、介质损失因素都是很低的或较低的。

  基板材料所用树脂的£值和ta#值的高低.主要受到树II&结构本身的极化程度大小。极化程度愈大,介电常数值就愈高。

  为此,消除或降低树脂屮的爵极化的化学结构,来达到有效的降低基板材料e,mn&fi的H的——这Li经成为这类基板材料提高此项特性的重耍途径。

  山此也#出种高速高频化基板材料的特性好坏,它所用的树种类,更M-体的讲它所用W脂的分子组成结构,是相当关键重要的。

  可按照荜板材料在制造中所用的树脂分为多个种类的商速商频化基板材料。

  几类高速高频化基板材料的品种及它们的介电性能

  情况P表2从基板材料的介电特性(EMaiiSh信号传输速度、酎金属离子迁移性t耐热性耐湿性、加工性、成本性等七个方面对比了各种不M的高速高频化基板材料优、缺点(按各性能项b,分别由奸到劣地进行r排序表I屮所示的各种不同

  树胳构成的速高频化基板材料洛自存在着不同的优、缺点。

  r解它们不间的优、缺点,有助于PCB业在使用这类基板材料上.对它们有最佳的选择.并在制造商速高频化PCB中.充分发挥它们的

  长处4采取有关1]艺措拖去克服它们的短处=表2各种高速离频化基板材料多种性能的对比性能项H性能比较t好~^差)

  介电特性

  PTFE基板>CE基板>PPE基板>BT基板>(£,tan^)P】基板>改性EP基板>EP基板

  信号传输

  PTFE基板>CE基板>??£基板>改性EP基速度板>BT基板>P【蓽板>EP基板

  埘金诚离子

  BT基板>PPE基板>CE基板>P_基板>改迁移性性EP基板>EP基板

  耐热性

  (TdP【基板>BT基板>PPE基板>CE基板>改性EP基板>EP基板>PTFE基板

  耐况性

  PTFE基板>PPE基板>EP基板^改性EP基板>BT基板>P1基板CE基板

  加工性

  EP基板>改性EP基板>BT基板《PPE基板>P〗?板基板>PTFE基板

  成木性

  EP基板>改性EP基板>PPE基板>P1基板>CE基板>BT基板5=PTFR基板

  表屮,PTFH:聚四氟乙烯树脂:酰业胺三嗪树脂;CE:热固性a酸脂树脂;

  2.对基板材料的高速、高频特性的评价衡量、表征基板材料的具有岛速、高频特性的

  主要性能项H,是介电常数、介质损失W数总体讲.拥有岛速、高频特性的基板材料+都为低介电常数、低介质损失因数的基板紂料^但具体讲.它还要问时具备它的介电常数1低介质损失因数在频率、温度、湿度的变化下表现0定的特性。

  不论是此类基板材料的生产厂家,还是使用此类基板材料的PCB牛产厂家,都应该认真研究高速、高频化®板材料在与频率1温度、湿度的变化丈系,都戽有明隨共N的特性。

  (1)与频韦的关系。图5和图6分别所示了不同树脂*板材料的介屯常数(S)与介质损失内数(在不问频率条件F的变化情况。

  PPOitJIS翠feUft一般型基板材料在频率变化的条件F.表现出LmnS值变化较大的规律,廣別是在1MHz到1GHz的频宰内,它们的tanS偵的变化更加明M。例如,般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料(一般型FR-4)在〗MHz的频率F的£值为4.川.而在1GHz的频率F的£值变化为U9。

  超过1GHz以上、它的£值的变化趋势千甲缓,K变化趋势是随舂频韦的增高,而变小(但变化幅度不大h例如在10GHz下,一般FR-4的e值为4.15,具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的惰况re值保持恒定。

  自1MHz到1GHz的变化频率下,e多保持在a似范围的变化。其£值在由低到高不同频率条件F,略微有F降的趋向。一般型基板材料的介质损失因数(tan5),在受到频率变化(特別是在高频范围内的变化)的影响而产牛:tan&值的变化要比£大。

  其变化规律是趋干增大,因此,在评价一种基板材料的商频特性时,要对其考察的重点是它的taW值变化情况。

  具有高速高频特性的基板材料,在高频F变化特性方面,与一般型基板材料存在着W类明M的不丨成一类是随着頻率的变化,它的tanS值变化甚小3还有一类是在变化幅度I:与一般型革板材料尽管相近,但它本身的taW值较低

  基板讨料树脂的分+构造屮的极性大小.对它的高速、岛频化的特性有相当大的影响,当分P结构屮的极性越大,它的介电常数就越高。而水分T为高极性分子,它的e值高达7(),因此残留在基板材料内的湿气,会使棊板材料的Ltad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H3M时,荇基板材料的吸水率(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,还对它的耐金域离子迁移性、耐漏电起痕件、湿态下的绝缘性能、耐热冲击性等带来有较大的影响。高Tfi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《板材料的耐水、酎湿性方面。

  经常采用“KT处理p的吸水韦。T的性能项H。PCT(商压锅蒸煮实验)处理,是基板材料置于:12lt,0,2MPa条件下t进行数个小时(或数十个小时)的吸潮处理,然后再测定它的吸水率。

  AT这种测试方法是北常苛刻的,这样就拉开了各种基板材料在耐水、耐湿性上的差距.更容笏分辨(,以一般FR-4基板材料为例,它随#PCT的处理的时间延长,吸水率有较明M的增加:

  高速岛频化的基板材料在RCTJC的吸水率,一般FR-4的约1/2左右。

  3.3对其性能要进行全面的、综合的评价无论足基板村料生产厂家在对高速卨频化基板讨料开发、生产屮,还是PCB厂家在对高速高频化基板材料的选择、使用屮,都应该作到对它性能的全面、综合的评价。

  达到令面、综合的评价,主要是要把握对它的三个方面性能的考察.评价印基

  本性能;应用加工性能

  ;成本性,

  (1>基本性能,

  对髙速高频化基板材料基本性能的考核和评价,足指按照通用、常规的标准(H前多以《IPC-41川A>标准为依据)所规定的项H、指标,看其实測定的性能倩况。在十几项的基本性能屮,应特别注意它的耐热件:(TS)、耐酸喊及化学药品性、吸水性、M寸稳定性等项目的实阮性能。

  (2)应用加上性能。

  高速高频化基板材料的应用加工性能,主要足指它在多层板中的足压加工性;孔的加工特性;在矜种坏境实验下的性能表现。这三方面的性能+最终都是为了保证高速高频化PCB的导迪、绝缘可靠性要求。

  判别基板材料的半间化片的熔融粘度商低及其变化规律,足衡鲎这种基板材料塏压加工性好坏的、常见且有效的方尤由于许多高速髙频化基板材料的树脂,在组成卜.为了降低LtaA值.而采川了高分子童的树脂结构JPN(丑穿聚合物网络)

  树脂结构,使得它的熔融粘度较岛(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•那么它与层压加丄的丄艺条件(指Mffi的温度1E力、预溫时间等)不适应,就会造成多层板在层E加丄中出现基板的__起间粘接力的降低.这也间接造成基板受湿腐的介电性能的严重下降(£,值的升高)的影响s㈨此在选择*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。

  在各种坏堍实验条件下,判定各种“速岛频化基板材料的性能如何,主要有逋过“冷—热冲击”的循坏周期变化下4去测定基板材料的导的绝缘电阻的变化。以及在连续的窃湿高温处理条件下,去连续测定基板材料的绝缘电阯的变化,以考核它的绝缘可靠性。

  (3)成本性

  据台湾PCB业的近期有关调査统计,有含有高速、^频化特性的电子产品(或通信产品)屮,印制电路板制造成本占整个已组装了电子元器件的较适合的15mm左右。

  服据最低点熔融粘度对压制r_艺进行适当调节控制pp流胶。当半固化片最低点熔融粘度在一个稳定的数値范围时.在压制过程屮,压制工艺参数(温度/压力/时间)也会相对处于稳定状态,当M低点你融粘度偏离标准范围较低时,可根据其偏离程度对溫度/压力/时N做出适3调节,以保证流胶控制在一定范W.—般最低点熔融粘度偏低时,可将预热阶PCB组件成本的〜12%。

  在有的产品屮.PCB的制造成本所占的比例甚至超过12^因此,PCB在lU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ffl—般基板材料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.怡当地选择合理等绂1桦次的这类基板村料’这成为PCB业在技水开犮上的一^«得研义此验的重要方面。此方面的对基板材料的考察、研究,应该是综合性的。如还考察它的加工性愔况对制造成本的影响问題。

  亡前,选择高速高频化荩板材料,若是从侧重干考虑成本性出发去考虑.那么低E型FR4以及环氧树脂改性PPE树fl旨的基板材枓T较为受到PCB业的觸」H前它们相比于其它的高速岛频化基板材料有更大的应用市场。

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