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2018年我国覆铜板设计原理及趋势分析 树脂、铜箔、玻纤布为三大原材料 未来毫米波设计朝向多层板

        参考观研天下发布《2018年中国挠性覆铜板(FCCL)行业分析报告-市场深度调研与发展趋势研究》

        毫米波雷达频段在 30Ghz 以上,甚至高达 100、200GHz,频率越高、频宽越宽,传输速度越快,但是,波长会变短,损耗损失会变大,所以材料需选用低介电、低损耗的材料来降低整个信号的损失。设计生产 Low DK/DF 的材料,难度较大。
         
图:铜箔基板的设计原理目录

        资料来源:互联网

图:树脂、铜箔、玻纤布的选型
 
        资料来源:互联网

        覆铜板的三大原材料,树脂、铜箔、玻纤布的品质都会影响到信号传输的表现,树脂的部分,可以选择结构性对称、极性较低的树脂来降低材料的 DK 与 DF,如 hydrocarbon、 PPE、PPFE 材料树脂。铜箔的部分选择粗糙度比较低来降低整个信号的阻滞,选择RTF、VLP 的铜箔。玻纤布的部分,可以选择开纤布,来增加整个树脂含量的均一性,另外还可以选择 low DK 的玻纤布,来达到低介电以及低损耗的目的。 
         
图:PTFE 的DK、DF 最低
 
        资料来源:互联网

图:skin effect 和铜箔频率呈负相关
 
        资料来源:互联网

        这是目前各类树脂在 DK、DF 的比较,可以看到结构性比较对称、极性比较低的 PP、PE 等,还有 PPE 等聚苯醚树脂,PTF 树脂,这些树脂都可以用在毫米波的材料方面,其中 PTFE的 DK、DF 最低。 
        
        在铜箔的选用方面,铜箔的频率越高,skin effect 效应会越明显,比如 5GHZ 时,skin深度已经降到了 5um 以下,频率增加到 50GHZ 时,skin 深度只剩下 0.3um,主要是因为频率越高,信号就越集中在铜箔的表面传递,所以当铜箔的 roughness 越高,信号所途径的距离越长,就会导致整个信号的损失越大,所以毫米波材料对铜箔的选用就十分重要。 
         
图:哥型号铜箔粗糙度对比
 
        资料来源:互联网

图:南亚玻纤布DK 均匀
 
        资料来源:互联网

        南亚生产的一般 HTE 铜箔、低粗糙度的 RTF 铜箔,粗糙度降低到 2.5um 以下,此外,还有VLP铜箔,分为V1与V2两个等级,其中V2等级粗糙度2.0um,V1粗糙度1.2um,铜流可以看出 V1 显示的铜流更小,所以,在选择铜箔方面我们可以选择粗糙度比较低的 VLP 铜箔,可以降低信号的阻滞,对 low PIM 和 low loss 具有正面效应。 
        
        玻纤布的选用方面,左边图是传统的玻纤布,可以看出经纬的间隙较大,所以当玻纤布含浸树脂的时候,间隙的树脂含量会相对较高,此处表现出的 DK 就会较高,整个的 DK 就会不均匀,右图南亚制造的开纤布,南亚利用水洗的开纤,整个的经纬向非常的均匀,当布含浸树脂后,树脂含量也会比较均匀,整个 DK 就会相对均匀,整个玻纤布有两大优点,第一 DK 均匀,第二,因为玻纤纱制作比较散,所以树脂更容易含进每一根纱中,使得品质可以大幅度提升。 
         
图:Low DK 和E-glass 玻纤布性能对比
 
        资料来源:互联网

图:铜箔基板在高频毫米波方面的应用
 
        资料来源:互联网

        此外,我们还选用 LOW DK 的玻纤布来提升材料性能,LOW DK 的玻纤布 DK 在 4.6-5.0之间,DF 在 0.003-0.004,相对于传统的 E-glass 玻纤布有明显的降低,造成这方面差异的主要原因是成分差异所致,LOW-DK 的氧化钙成分比较低,B2O3 成分比较高,所以可以有效降低整个材料的 DK 和 DF,其次,LOW-DK 制造能源消耗度较大,所以在加工成本方面较高,价格会比 E-GLASS 提高 6-8 倍。 
        
        铜箔基板在高频毫米波方面的应用,目前主要应用在汽车雷达(24、77、79GHZ),第二,PA 功率放大器以及噪音降低器,还有机载天线以及需要功率比较大的 WiFi 天线部分,第三,5G 的基础建设部分。 
         
图:三款PTFE 材料性能参数对比
 
        资料来源:互联网

图:三款hydrocarbon 材料性能参数对比
 
        资料来源:互联网

        三款 PTFE 材料,NP725A:DK2.5 DF:0.01 可以用在 77GHZ 汽车雷达使用,NP732:DK 3.2;NP828:DK2.8,可以使用在机载天线、PA 以及未来 5G 的基础建设。 
        
        三款 hydrocarbon 材料,NPLD5:DK3.6,主要用在 24GHZ 车载雷达,以及 5G 的基础建设,另外两款材料 NPG-186:DK3.6,NPG-196:DK3.5,可以用在 5G 的基础建设,以及伺服器、背板的部分。 
        
        
图:PTFE 与hydrocarbon 材料整体Dk 与Df 对比
 
        资料来源:互联网

图:6 款毫米波材料特性
 
        资料来源:互联网

        这张图主要表示南亚产品在DK、DF中的比较,红色代表PTFE材料,DF:0.001-0.003,属于 Ultra Low loss 材料,蓝色表示 hydrocarbon 的材料,DF:0.003-0.005 左右,属于 low loss 材料,另外 low loss 的部分还有 NPG-170D 等,在 mid loss 部分也具有三款产品。 
         
        总结,5G 和汽车雷达的应用应该会快速发展。其中高级的毫米波技术将是关键之一。那么南亚这边有开发了六款材料,包括 PTFE 材料 NP725A、NP732 以及 NP828,以及 hydrocarbon 的 NP9B5、NP196 以及 NBG186,这个六款材料可以应用在高频毫米波领域。
 
        其中 NP7LA 它的特性是一个 low DK 、low DF 以及有稳定的 TCDK 以及 high gain 的特性,广泛应用在 PCB 汽车雷达板领域。未来毫米波的设计朝向多层板这个设计需求,NPG186 以及 NP196 这两种材料可以应用在高频的设计方面。 
         
        资料来源:观研天下整理,转载请注明出处。(ww)
        

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