5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)高頻高速板塊的需求

隨著5G通信的發(fā)展和建設(shè)，電子設(shè)備行業(yè)對(duì)高頻高速板的需求越來(lái)越大。由于使用環(huán)境不同，高頻板和高速板有很多共同的特點(diǎn)，也有一些區(qū)別。本文結(jié)合高頻高速板的使用環(huán)境和板材樹(shù)脂體系，闡述了高頻板和高速板各自的特點(diǎn)，并對(duì)高頻板和高速板的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

一、5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)高頻高速板塊的需求

5G，第五代移動(dòng)通信。蜂窩移動(dòng)通信從模擬通信（1G）發(fā)展到現(xiàn)在流行的LTE（4G），經(jīng)歷了四次升級(jí)。2012年以來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)的研究和測(cè)試進(jìn)展迅速。過(guò)去，從1G到4G，主要場(chǎng)景是人與人之間的網(wǎng)絡(luò)通信，而5G網(wǎng)絡(luò)將滿足萬(wàn)物互聯(lián)，開(kāi)啟新一輪信息網(wǎng)絡(luò)革命。5G通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包括以下五個(gè)重要環(huán)節(jié)：

(1)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)（初步技術(shù)研究和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃）；
(2) 無(wú)線主要設(shè)備（核心網(wǎng)、基站天線、射頻器件、光器件/光模塊、小基站等，無(wú)線配套、網(wǎng)絡(luò)覆蓋和優(yōu)化環(huán)節(jié)開(kāi)始部署）；
(3)傳輸設(shè)備（無(wú)線設(shè)備之后需要有線傳輸鏈接，其次是光纖光纜、系統(tǒng)集成、IT支持、增值服務(wù)等）；
(4)終端設(shè)備（芯片與終端匹配）；
(5) 運(yùn)營(yíng)商。
除了以上五個(gè)重要環(huán)節(jié)，下面兩個(gè)環(huán)節(jié)也很重要：
(6) PCB/CCL產(chǎn)業(yè)鏈（用于基站射頻、基帶處理單元、IDC和核心網(wǎng)路由器等）；
(7) 介質(zhì)波導(dǎo)濾波器（基站射頻）。
在5G建設(shè)過(guò)程中，不同行業(yè)產(chǎn)品工作使用的頻帶不同，進(jìn)而導(dǎo)致不同行業(yè)不同產(chǎn)品對(duì)高頻高速板材的要求不同?？梢?jiàn)，5G網(wǎng)絡(luò)是多頻段微波的綜合應(yīng)用。因此，不同行業(yè)的產(chǎn)品選擇高速板和高頻板會(huì)有所不同。

二、高頻高速板的特點(diǎn)

2.1 材料的介電常數(shù)Dk和介質(zhì)損耗Df

說(shuō)到高頻高速板，難免要講兩個(gè)概念“介電常數(shù)-Dk”和“介電損耗-Df”。用于高速數(shù)字化信號(hào)傳輸?shù)腜CB介質(zhì)層，不僅起到導(dǎo)體之間的絕緣層的作用，更重要的是它起著“特性阻抗”的作用，還影響信號(hào)傳輸速度、信號(hào)衰減和發(fā)熱。.
介質(zhì)損耗（Df）的大小表示信號(hào)傳輸?shù)乃p程度。這種信號(hào)傳輸?shù)乃p往往是產(chǎn)生熱量而消耗。隨著高頻高速數(shù)字信號(hào)傳輸，信號(hào)衰減和熱耗必然隨著高頻化高速數(shù)字化的信號(hào)傳輸而迅速增加。對(duì)于高頻化和高速數(shù)字化信號(hào)傳輸來(lái)說(shuō)，介質(zhì)損耗（Df）越小越好。
在高速產(chǎn)品和高頻產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程中，都是要求板材的介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗（Df）向更小的方向發(fā)展。但高頻產(chǎn)品和高速產(chǎn)品對(duì)板材的需求仍存在一定差異。

2.2 高速材料特性

高速產(chǎn)品更注重板材的介電損耗（Df）。市場(chǎng)上常用的高速材料的等級(jí)也是根據(jù)介電損耗（Df）的大小來(lái)劃分的。不同的基板材料根據(jù)基板的介電損耗分為常規(guī)損耗、中損耗、低損耗、極低損耗、超低損耗。 ）五個(gè)傳輸信號(hào)損耗對(duì)應(yīng)等級(jí)。

2.3 高頻材料特性

與高速材料相比，高頻材料更注重材料介電常數(shù)（Dk）的大小和變化。高頻產(chǎn)品對(duì)材料介電常數(shù) (Dk) 的變化非常敏感。因此，高頻材料的重點(diǎn)是介電常數(shù)（Dk）的穩(wěn)定性，以及材料介質(zhì)厚度、材料的溫漂系數(shù)以及材料的頻閃性能。業(yè)界對(duì)于高頻材料并沒(méi)有明確的分類標(biāo)準(zhǔn)，但是很多PCB廠家根據(jù)材料的介電常數(shù)（Dk）粗略地對(duì)高頻板進(jìn)行分類。具有相同介電常數(shù) (Dk) 的材料被認(rèn)為是相似的，可以相互替代。
在高頻材料領(lǐng)域也有一種慣用的劃分方式，即將材料分為聚四氟乙烯材料和非聚四氟乙烯材料。這與高頻產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)。當(dāng)前的射頻領(lǐng)域可以分為兩部分。一是頻率在6GHZ以下常用的頻率有3.5GHZ、2.7GHZ、1.8GHZ。主要產(chǎn)品為功率放大器，天線校準(zhǔn)器，陣子等產(chǎn)品。另一部分是20GHZ以上毫米波領(lǐng)域常用的頻率有24GHZ、66GHZ、77GHZ，主要產(chǎn)品為雷達(dá)產(chǎn)品。這主要是因?yàn)殡S著頻率的增加，非聚四氟乙烯產(chǎn)品的頻閃效應(yīng)、介電損耗對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懠眲≡黾樱鬯姆蚁┎牧暇哂懈玫男阅芴匦浴?/p>

三、高頻高速板發(fā)展前景

傳統(tǒng)覆銅板材料傳輸損耗大，無(wú)法滿足高頻信號(hào)傳輸質(zhì)量的要求。因此，5G通信使用的PCB基板材料最重要的性能是滿足高頻高速的要求，以及一體化、小型化、輕量化、多功能和高可靠性的要求。特別是樹(shù)脂材料要求低介電常數(shù)（Dk）、低介質(zhì)損耗（Df）、低熱膨脹系數(shù)（CTE）和高導(dǎo)熱系數(shù)。目前，以聚四氟乙烯（PTFE）熱塑性材料和碳?xì)錁?shù)脂（PCH）類熱固性材料為代表的硬質(zhì)覆銅板，因其無(wú)與倫比的低介電性能占據(jù)了高頻/高速PCB基板的絕大部分市場(chǎng)。近年來(lái)，聚苯醚（PPO或PPE）、雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）、氰酸酯（CE）、三嗪樹(shù)脂（BT）、苯并噁嗪（BOZ）和苯并環(huán)丁烯（BCB）及相關(guān)改性等新型樹(shù)脂材料的高頻/高速PCB基板。
聚苯醚（PPO或PPE），介電性能僅次于PTFE，是近年來(lái)備受業(yè)界關(guān)注的材料
另外，PPO材料的可加工性比PTFE材料好很多，所以目前高速板中的極低損耗（Very Low Loss）和超低損耗（Ultra Low Loss）多采用改性PPO樹(shù)脂，如作為松下 M6， M7N，聯(lián)茂的IT968、IT988GSE。高頻板材的樹(shù)脂體系主要以聚四氟乙烯（PTFE）熱塑性材料和碳?xì)錁?shù)脂（PCH）為主。雖然可以獲得極低的介電損耗（Df）和穩(wěn)定的介電常數(shù)（Dk），但材料可加工性差不適合高多層板，更不適合HDI板的加工產(chǎn)品。隨著5G通信的發(fā)展，高頻產(chǎn)品的PCB復(fù)雜度也越來(lái)越高（傳統(tǒng)高頻PCB以單雙面為主，多層板的發(fā)展甚至有HDI設(shè)計(jì)要求）近年來(lái)，材料開(kāi)發(fā)商也采用 PPO 樹(shù)脂來(lái)制作高頻板。在保證板子具有極低的介電損耗（Df）和穩(wěn)定的介電常數(shù)（Dk）的同時(shí)，以獲得良好的PCB加工性。例如，聯(lián)茂推出的IT-88GMW、IT-8300GA、IT-8350G、IT-8338G、IT-8615G等高頻板材就是采用了改性PPO樹(shù)脂和碳?xì)錁?shù)脂的混合體系。在滿足高頻信號(hào)傳輸要求的同時(shí)，材料的可加工性大大增強(qiáng)。
一方面5G通信向更高速、更高頻發(fā)展，必然要求材料介電損耗（Df）和介電常數(shù)（Dk）向更小的方向發(fā)展；另一方面，5G產(chǎn)品要求小型化和更多的統(tǒng)一化相應(yīng)PCB必然向高多層甚至HDI方向發(fā)展，這就要求材料具有良好的可加工性。目前無(wú)論是從高頻材料還是高速材料來(lái)看，使用聚苯醚（PPO或PPE）樹(shù)脂都是一個(gè)很好的發(fā)展方向。

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