高频基板材料之最新发展

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1、高频基板材料之最新发展发布日期:2007-11-24　　阅读:2464次　　字体:大中小　　双击鼠标滚屏　　1、前言　　随着信息科学技术的飞速发展，具有高速信息处理功能之各种电子消费产品已成为人民日常生活中不可缺少的一部分，从而加快了无线通讯和宽频应用工业技术由传统的军用领域向民用的消费电子领域转移之速度，由于消费电子市场需求强劲，且不断提出更高的技术要求，如信息传递高速化、完整性及产品多功能化和微型化等，从而促进了高频应用技术之不断发展。特别是覆铜箔基板材料技术，传统FR-4之DK和Df相对较高，即使通过改善线路设计也无法完全满足高频下的信号高速传递且信号完整之应用需求，因为高

2、DK会使信号传递速率变慢，高Df会使信号部分转化为热能损耗在基板材料中，因而降低DK/Df已成为基板业者之追逐热点，各种降低DK/Df之新技术和新型基板产品也不断地涌现出来，同时不断地被PCB业者和终端厂商所接收和否定（某些应用领域的否定）。以下就本人对业界高频基板材料技术之发展的理解作一简单的介绍，同时就我司的新型高频基板材料作简要之介绍与讨论。　　2、介电常数（DK）和损耗因子（Df）　　2.1定义　　介电常数（ε，εr，DK，以下均用DK表示）的定义方式繁多，但常见定义为：含有电介质的电容器的电容C与相应真空电子容器的电容之比为该电介质的介电常数。（电介质的电容电荷示意图如

3、下图1）　　从介电常数的定义可知，如果电介质的极化程度越高，则其电荷Ｑ值越高，即DK越高，说明DK是衡量电介质极化程度的宏观物理量，表征电介质贮存电能能力的大小，从而也表征了阻碍信号传输能力的大小。　　损耗因子（tanδ，Df，也叫介质损耗因素，介质损耗角正切，以下均用Df表示）一般可定义为：绝缘材料或电介质在交变电场中，由于介质电导和介质极化的滞后效应，使电介质内流过的电流相量和电压相量之间产生一定的相位差，即形成一定的相角，此相角的正切值即损耗因子Df，由介质电导和介质极化的滞后效应引起的能量损耗叫做介质损耗，也就是说，Df越高，介质电导和介质极化滞后效应越明显，电能损耗或信

4、号损失越多，是电介质损耗电能能力的表征物理量，也是绝缘材料损失信号能力的表征物理量。　　2.2基板材料DK和Df之影响因素　　在高频应用中，PCB使用之基板材料的介电性能对信号的传输速度和完整性产生直接的影响，在讨论如何降低DK/Df以更好地符合高频应用前，先对基板材料DK/Df之影响因素进行讨论：基板材料DK/Df之影响因素较多，主要有如下几方面：树脂、玻璃布类型、树脂含量、环境温度和湿度及应用频率等，下面就以上影响因子进行详细分析。　　2.2.1树脂结构特性　　因基板之绝缘部分是由树脂和玻璃布组成，玻璃布的DK较高（E-glass6.6，NE-Glass4.6），因而实现较低

5、的DK，必须选择较低DK之树脂。树脂的DK/Df主要与树脂的纯度、吸水率及树脂分子结构此三方面有关，当然此三方面也相互影响。一般来讲，树脂中游离的离子会使树脂的吸水率提高，由于水的DK达到70，吸水率的提高会使树脂的DK升高，同时会在高频下易形成离子极化而增加极化程度，也使DK升高，同时Df也会相应提高。至于吸水率，与树脂本身分子结构相关，一般来说，分子结构之极性越低，其吸水率越低；另其固化后的交联密度越大，其吸水率也会越低，，其DK/Df受环境湿度的增加而增加。分子结构极性是决定树脂DK/Df之关键，如果分子结构极性越高，在一定电磁波下，树脂内电子极化、原子极化、偶极极化（又称

6、取向极化）之程度将越高，其DK/Df越高，此点亦可从DK/Df之定义得知，所以设计或选择高度对称结构，少量极性基团、低极性的化学键和具有大分子体积的高分子树脂是降低DK/Df之主要途径，例如具有脂肪族烃、氟代烃、环脂环族等此类结构的树脂和能具有参加反应之乙烯基、醚基、酯基及酰亚胺基等结构的树脂（固化后）其DK/Df相对较低，千万不能含有OH和COOH等极性基团，传统FR-4因固化后分子结构中含有大量OH基而具有相对较高的DK/Df。常用作LowDK/Df之树脂结构如下：　　2.2.2玻璃布和树脂含量　　玻璃布的DK/Df不可忽视，因为玻璃布在基板中扮演了DK“拖后退”之角色，E-

7、glass在IMHz之DK为6.6，而传统FR-4epoxy在1MHZ之DK为3.6，两者制作的传统FR-4基板的DK在4.2-4.8，正因为E-glass的DK太高而开发了新型NE-glass，其特性表如表1　　目前NE-Glass已被CCL批量使用，如NelcoN4000-13SI，当然如果再想进一步降低DK，可采用Q-Glass(DK/Df=3.9/0.0002，1MHZ)，如NelcoN8000Q。　　正因为树脂的DK比玻璃布的低，百其Df（约0.025，1MHz）比玻璃