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超高速软硬结合研发制造

发布时间:2023-01-10           浏览次数:2445

近年来,随着载人航天、空间技术、卫星通信等学术科研领域的速发展,对高速材料的需求突飞猛涨。而且,随着高频信号传输设备及高频信号处理设备的使用频率从MBPSGBPSTBPS转移,对高材料的性能也提出了更高的要求。

20196月6日,国家工信部正式向三大运营商发布5G牌照,标志着中国5G时代拉开了帷幕。在整体通信技术升级换代的关键时期,迫切要求电子制造业的每一个环节都要能够跟上时代变革的步伐,其中,更高规格的路板材作为电子设备的重点基础材料之一,同样在这一场技术革新中发挥着至关重要的作用。

另一个值得关注的增长点是汽车雷达及安防市场。由于安防和汽车主动安全需求的迅猛提升,使得近两年来市场正处于每年成倍的增长之中,特别是汽车ACC自适应巡航系统、BSD盲点侦测系统、避撞预警系统(Collision Avoid System)等在内,都对40GHz高频汽车雷达传感器产生了较大的需求量,同时也要求更高品质的高PCB材料。

随着科学技术的飞速发展,高频高速软硬结合混合电路技术与产品占有越来越重要的地位,对高电路基板材料也提出了更高要求。无论是电子工程师还是路板制造商,都必须在基板材料的性能、成本、加工工艺难易程度及成品板的可靠性之间面临选择。目前,骨干网传输速度已高达100Gbps以上,相应的PCB单通道传输速度也高达10Gbps或25Gbps,且信号传输速度还在不断的朝着高速化方向发展。为保证数字信号在PCB上高速稳定的传输,传输过程中的损耗就必须降低,DF(介质损耗)≤0.035的常规FR-4就无法满足要求了,那么低损耗的高速板材将被广泛应用。所谓高速板材,就是行业内将DF控制在<0.02范围内的一类板材统称,那么常规FR-4板材与高速板材DF、DK有多大的差距呢,[敏感词]我们对行业内常见普通高tg板材与高速板材,进行DK、DF对比,请看下图:

 
小结:从上图中可以发现,普通板材随着频率的变化,DK、DF变化范围较大,高速板材则相对稳定,且自身DK、DF普遍较小,适用于高速信号传输线路。

我们知道了高速板材的优势,但是怎么样选择一款合适的高速材料呢,不同DF对应不同的传输速度,我们选择的标准又是什么呢?首先,我们需确认设计产品的工作频率,也就是信号在多少GHZ频率下传输,其次是该频率下信号传输要达到多少Gbps,后根据DF选择相对应的板材。通过对行业内不同高速板材DF分类,总结出不同DF所对应的传输速度,具体如下表:

 

 

高速板材不同DF对应传输速度

DF10GHZ)

0.02

0.01-0.02

0.007-0.01

0.005-0.007

0.003-0.005

0.003

DK(10GHZ)

4.2

4.2

3.8

3.6

3.6

2.2

传输速度

5GBPS

6.25GBPS

12.5GBPS

25GBPS

25GBPS

50GBPS

我们知道高速板材自身的DK、DF较低,那么它是通过什么实现的呢?常规板材主要是由玻璃纤维布和环氧树脂组成,要想改变自身的DF,肯定要从这两方面下手。据了解,目前行业内玻璃纤维布主要由E-玻纤布、扁平E-玻纤布、NE-玻纤布三种。常规的FR-4板材使用的为E-玻纤布,虽然具有良好的电气性能和机加工性能,但是由于玻纤布经纱和玮纱间距较大且交错处不平整,信号在传输过程中会发生扭曲变形,导致传输过程中的损耗变大。高速板材则采用扁平E-玻纤布或NE-玻纤布,该种玻纤布由于经纱和玮纱间距较小,交错处更为平整,可有效的降低信号在传输过程中的损耗,提高信号传输速度。其次是从树脂配方成份调整,在常规树脂中加入可降低介质损耗的辅助填料,使板材的DF变小。有利就有弊,玻纤布和树脂成份的更改,也导致高速板材压合升温速率高,钻孔后需等离子除胶的制程难点。