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1、高频印刷电路基板用树脂及其改性研究进展李冬云,等:高频印刷电路基板用树脂及其改性研究进展1O3._.口同频印刷电路基板用树脂及其改性研究进展李冬云高朋召葛洪良金小伟叶芳俞能君(1.中国计量学院材料科学与工程学院,杭州310018;2.湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;3.义乌市先通电子材料有限公司,义乌322006)摘要介绍了高频电路对印刷电路基板材料的特性参数(如介电常数,介质损耗因数,特性阻抗和玻璃转变温度等)的要求;综述了应用于高频电路基板的树脂基体及其改性体系的研究现状,指出了它们各自的特
2、点和不足;展望了高频印刷电路基板用树脂及其改性的可能发展方向.关键词高频印刷电路基板树脂改性介电性能随着信息产业的飞速发展,人类社会正稳步朝着高度信息化的方向发展,信息处理与信息通讯正构成高度信息化科学技术领域发展中的两大技术支柱.以高速计算机,示波器,Ic测试仪器为主体的信息处理技术追求信息处理的高速化,记忆容量的增大化和体积的小型化;以手机,卫星通讯及蓝牙技术等为代表的信息通讯技术追求多通道数,高性能化和多功能化,使得使用频率不断提高,进入高频甚至超高频领域.这时,作为载体的印刷电路板(PCB)的性能将严
3、重影响数字电路的特性,因此对PCB基板材料的性能提出了更高的要求.笔者综述了适应于信息处理高速化,信号传播高频化的PCB基板用树脂材料及其改性技术研究进展.I高频电路对PCB基板特性参数的要求高频,一般指300MHz以上的频率带,即指无线电频谱中段的无线电频率在信息电子,通信产品中,高频电路所用的PCB基板材料,简称为高频基板材料.它的主要特性参数是介电常数,介质损耗因数,特性阻抗,吸水性和玻璃化转变温度(Tg)等.1.1介电常数介电常数表示电介质电容器电容与真空电容器电容的比率.它在宏观上表示这种材料储存电
4、能的能力大小.当基板材料的介电常数较大时,表示信号线中的传输能量已有不少被蓄容在基板材料中,由此就造成信号完整性变差,传播速率减慢.在高频电路中,信号传播速率可以表示为…:VocC(1)式中:为信号传播速率;C为真空中的光速;8为基板的介电常数.从式(1)可以看出,8越低,信号传播得越快,因此要得到高的信号传输速率,就必须研究开发低介电常数材料.1.2介质损耗因数介质损耗因数是当信号或能量在电介质里传输与转换过程中所消耗的程度.,在高频电路中,信号传输损失可以表示为:4get.n8(2)式中:为信号传播损耗或
5、衰减;8为基板的介电常数;tan6为基板介质损耗因数;f为频率.从式(2)可以看出,基板的损耗因数越小,信号传播的衰减越小.因此,要实现高速,低能量损耗与小的传输时间延时的程度要求,则需要基板材料为低介电常数,低介质损耗因数.1.3吸水性高频基板材料的高频特性要求其具有低的吸水率.因为水分子为一个高极性分子,残留在基板材料会使PCB的介电特性变差.1.4特性阻抗控制直流电的电流通过一个导体时,会受到一个阻力,这个阻力称为电阻.当一个交流电的电流通一个导体时,同样也受到阻力,将电路或元件对通过其中的交变电流所引
6、起的阻碍作用,称为阻抗.在计算机和通信等电子产品中,PCB线路中的传输能量是一种由电压与时间所构成的方形波信号,称为脉冲.它所遇到的阻力则称为特性阻抗.随着信息电子产生,通信产品逐渐走向高频化,高速化,PCB的特性阻抗高精度控制越来越重要,因为只有这样,才能达到传输线阻抗的匹配及稳定,才能减少在高频电路信号传输途中或终端所产生的能量反射与损失,以降低杂波,串扰,杜绝失真及减少信号传送中的延迟,使信号的能量得到完整传输.1.5是聚合物材料的一个重要特性参数.当材料的使用温度在以下时,聚合物处于"玻璃态";当使用
7、温度在时,聚合物处于"橡胶态".简单地说,是基材保持刚性的最高温度.近年来,随着电路基板朝着高密度和多层化发展,对覆铜板的尺寸稳定性,耐热性和耐化学药品性等方面均提出较高的要求.电路基板的这些特性均与树脂的有关.因此,提高树脂的是近年来基材研究的重点之一.2高频电路基板用树脂及其改性PCB基板材料一般是由树脂和玻璃纤维布组成.目前,高频电路基板材料都有一个共性,就是基板材料所用的树脂的介电常数和介质损耗因数均很低.而树脂的介电常数,介质损耗主要受到树脂结构本身极化程度的影响.极化程度收稿日期:2011—08-
8、06104工程塑料应用2011年,第39卷,第10期愈大,介电常数值愈高.因此,高频电路基板材料的介电特性主要受所用树脂种类决定.下面就高频电路基板所用的几个体系的树脂基体的最近研究情况进行介绍.2.1热固性树脂体系(1)环氧树脂(EP)EP由于具有成本低,可加工性好,耐热性和力学性能优良等特点而在PCB中得到广泛应用,用量最大的是FR-4型覆铜板(占覆铜板的90%左右).传统的FR-4型覆铜板存在
