高頻覆銅板具有高技術壁壘,我國部分產品已達到世界先進水平

尹云肖

生物醫藥、醫療器械、醫療服務

  • 2020-01-03
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隨著5G商用化的初步進行,通信網絡、通信基站、云計算和數據中心等領域得以快速發展,其終端電子產品越來越走向高頻高速化,市場的擴大也驅動了高速PCB基板材料—高頻高速覆銅板技術的發展。

摘要:隨著5G商用化的初步進行,通信網絡、通信基站、云計算和數據中心等領域得以快速發展,其終端電子產品越來越走向高頻高速化,市場的擴大也驅動了高速PCB基板材料—高頻高速覆銅板技術的發展。

5G高頻技術對PCB提出更高的要求,其通訊設備對PCB的性能的要求主要包括高特性阻抗的精度控制、低傳輸延遲及低傳輸損失三方面。而促使PCB高頻化主要有兩個途徑,一是提高PCB加工中的工藝控制,另一是使用高頻的覆銅板。

高頻覆銅板工藝流程與普通覆銅板類似

高頻覆銅板與普通覆銅板的制備流程類似,需經過混膠、上膠烘干、粘切片裁剪后疊BOOK、層壓、剪板等流程,工藝過程中的控制技術是影響覆銅板介電損耗和介電常數的因素之一。

首先需要將特種樹脂、溶劑及填料按一定比例打入混膠桶中攪拌,將物料攪拌配置成粘稠狀膠液;其次將制備好的粘稠狀膠液打入膠槽中,并將玻纖布浸入到膠槽中,使膠水粘附在玻纖布上,上膠后的玻纖布進行烘干成為粘結片;第三步將烘干后的粘結片按要求切片,并與銅箔進行疊配輸送至無塵室使用自動疊BOOK機組合配好的料與鏡面鋼板;然后將組合后的半成品傳輸至熱壓機熱壓,使產品在真空環境和高溫壓環境下保持一定時間,以使銅箔和粘結片連成一體,最終成為表面銅箔、中間絕緣層的覆銅板成品;最后一步將冷卻后的成品進行剪裁,按照客戶的不同需求剪裁成相應的尺寸。詳情過程如圖1所示。

圖1 高頻覆銅板制備工藝流程示意圖

(資料來源:PCB資訊)

原料配方比例是影響覆銅板介電損耗與介電常數的主要因素

覆銅板工藝生產的核心難點在于原材料的選擇及配方比例,是直接影響覆銅板介電損耗與介電常數的主要因素。

樹脂可以實現低損耗材料和低介電常數

傳統的環氧樹脂由于其具有較大的極性基團,導致介電性能較高,通過使用氰酸酯、苯乙烯馬來酸酐、聚四氟乙烯、PPO/APPE以及其他改性熱固性塑料等低極化分子結構樹脂,以實現低介電常數與低損耗材料。

填料可以改善材料的物理特性同時影響介電常數

填充材料在使用過程中的品種、比例以及表面處理技術等,都會對基板材料的介電常數產生影響。常見的無機填料主要有:氫氧化鋁、氫氧化鎂、硅微粉、氧化鋁、高嶺土與滑石粉等。填充材料的加入能夠有效降低產品的吸濕性,進而改善板材的耐熱性,同時降低板材熱膨脹系數。

降低玻纖布介電常數可以有效降低板材介電常數

玻纖布作為覆銅板中力學強度的承擔者,在覆銅板中占據較高的體積含量,一般而言其介電常數高于樹脂基體,因此是決定復合材料介電性能的主要因素。目前玻纖布廠商仍未放棄開發更低介電常數有機纖維,目前市場常見的玻纖布有聚醚醚酮(PEEK)纖維、芳綸纖維及醋酯纖維。

銅箔影響覆銅板的功率損耗與插入損耗

銅箔的趨膚深度會隨著傳輸inland的增加而減小,在高頻環境下銅導體的趨膚深度不足1um,說明大多數電路將在銅箔表面的齒狀結構中流過,由于粗糙表面影響電流通過,會影響到功率損耗與插入損耗。

表1 原材料配方對覆銅板的作用

(資料來源:公開信息整理)

我國主要企業多款產品已達到世界及國內頂尖水平

高頻板具有技術門檻高和毛利率高的特點,目前全球高頻板集中在美日供應商,代表為羅杰斯,以及美資雅龍材料、泰康利、isola等;日本代表供應商為:松下;國內有:生益科技、超華科技等。

隨著5G商用化的推廣,國產替代勢在必行,目前我國主要企業多款產品已打破美日壟斷。高頻和高速的關系為C=λ×v,高頻是高速的必要不充分條件。高頻高速板主要應用于基站和服務器等通訊設備。生益科技、超華科技等通過自主研發,多款產品的性能已達到世界及國內頂尖水平。表2為國內主要企業的科技成果。

表2 國內主要企業的科技成果

(資料來源:各公司官網)

結語

綜上所述,高頻覆銅板與普通覆銅板的制備流程類似,原材料、工藝配方、工藝過程控制是影響覆銅板介電損耗與介電常數三大重要因素,此三大因素需要長時間的實驗經驗積累及下游應用產品驗證,構筑了高頻覆銅板制造商核心壁壘。高頻板具有技術門檻高,雖然目前市場被美日供應商控制,但隨著5G商用化的推進,驅動國內覆銅板企業加大研發力度,目前多款產品的性能已達到世界及國內頂尖水平,國產替代勢在必行。

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