毫微米波用低損耗PCB板材料設計

PCB板損耗分成洩露損耗、輻射損耗、金屬損耗、介電損耗四部分。

在毫微米波應用時,金屬損耗和介電損耗是最主要的損耗。以下分別說明:

(1)洩露損耗:當PCB板應用在毫微米波時,因有較大的體電阻,故洩露損耗小到可以忽略。

(2)輻射損耗:通常發生在嚴重失配的電路設計,對通用微帶線來說,輻射損耗幾乎很小。

(3)金屬損耗:金屬損耗包含直流電阻損耗、集膚效應造成的交流電阻損耗,以及表面粗糙度造成的損耗。直流電阻損耗、集膚效應造成的交流電阻損耗,與銅箔的特性有很高的關聯性。而表面較平整的銅箔,有較低的表面粗糙度損耗,同時也可有較低的等效介電常數。

(4)介電損耗:介電損耗則表示訊號在材料中的損耗( Df ),使用具有低損耗的介質材料,可以降低訊號的衰減而提高信號完整性。

高頻毫微米波用PCB的介質材料,除了Df要小外,還要具備低吸水性、小的介電常數(DK)(信號的傳送速率與介電常數的平方根成反比,高介電常數容易造成信號傳輸延遲,並可降低導線之間的耦合電容值,進而降低訊號之間的Cross Talk )、與銅箔的熱膨脹係數相近、好的耐熱性/抗化學性/衝擊強度/剝離強度等。

目前的PCB板是以環氧樹脂系統為主,環氧化物的耐化性和絕緣性佳,並擁有成本優勢,但是現有的材料已無法滿足高頻訊號傳輸所需。日前有日本廠商發表,在環氧樹脂系統添加低DK的陶瓷材料,可以有效降低DK,以符合5G高頻訊號傳輸的低損耗要求。

四氟乙烯(PTFE)是目前採用的高頻電路板材料之ㄧ,它的Dk/Df隨著頻率提高,只有少許變化,是被看好的5G用PCB材料。例如 : 美國的R公司就是主推此材料的代表廠商。但是PTFE的成本高且剛性差,熱膨脹係數也較大,因此必須添加陶瓷材料(如非晶質二氧化矽等),以提高剛性並降低熱膨脹性。