一、高頻高速板材材料介紹

在選擇用于高頻電路的PCB所用的基板時(shí)，要特別考察材料DK，在不同頻率下的變化特性。而對于側(cè)重信號高速傳輸方面的要求，或特性阻抗控制要求，則重點(diǎn)考察DF及其在頻率、溫濕度等條件下的性能。

一般型基板材料在頻率變化的條件下，表現(xiàn)出DK、DF值變化較大的規(guī)律。特別是在l MHz到l GHz的頻率內(nèi)，它們的DK、DF值的變化更加明顯。例如，一般型環(huán)氧樹脂一玻纖布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的頻率下的DK值為4．7，而在lGHz的頻率下的DK值變化為4.19。超過lGHz以上，它的DK值的變化趨勢于平緩。其變化趨勢是隨著頻率的增高，而變小(但變化幅度不大)，例如在l0GHz下，一般FR一4的DK值為4．15，具有高速、高頻特性的基板材料在頻率變化的情況下，DK值變化較小，自lMHz到lGHz的變化頻率下，DK多保持在0.02范圍的變化。其DK值在由低到高不同頻率條件下，略微有下降的趨向。

一般型基板材料的介質(zhì)損失因子(DF)，在受到頻率變化(特別是在高頻范圍內(nèi)的變化)的影響而產(chǎn)生DF值的變化要比DK大。其變化規(guī)律是趨于增大，因此，在評價(jià)一種基板材料的高頻特性時(shí)，要對其考察的重點(diǎn)是它的DF值變化情況。具有高速高頻特性的基板材料，在高頻下變化特性方面，一般型基板材料存在著兩類明顯的不同的兩類：一類是隨著頻率的變化，它的(DF)值變化甚小。還有一類是在變化幅度上與一般型基板材料盡管相近，但它本身的(DF)值較低。

二、高頻高速基板玻纖布介紹

玻纖增強(qiáng)材料是復(fù)合材料中力學(xué)強(qiáng)度的主要承擔(dān)者，一般來說其介電常數(shù)高于樹脂基體，又在復(fù)合材料中占有較高的體積含量，因此是決定復(fù)合材料介電性能的主要因素。在FR-4覆銅板生產(chǎn)中，一直沿用傳統(tǒng)的E-玻纖布，雖然E-玻纖布的綜合性能好，性能價(jià)格比較理想，但介電性能欠佳、介電常數(shù)偏高(6．6)，影響了它在高頻高速領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。

目前，世界各國生產(chǎn)的硅酸鹽成分的玻璃纖維織物組成大體相同，其基礎(chǔ)成分都是SiO2、A1203、CaO三元系統(tǒng)，重量百分比在小范圍內(nèi)波動(dòng)。常溫下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無弱聯(lián)系離子幾乎不導(dǎo)電。但是網(wǎng)絡(luò)中充填了陽離子，特別是堿金屬離子時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在堿金屬離子處中斷，形成弱聯(lián)系離子，產(chǎn)生熱離子極化。這是影響玻璃介電性能的主要因素。目前通常采用的是無堿玻纖E玻纖，其介電常數(shù)為7．2(1 MHz)，不能滿足高頻高速電路的要求。

首先可以采用的辦法是混雜。在無堿玻纖中，除了E玻纖外，還有介電性能優(yōu)秀的D玻纖(DK=4．7，l MHz)和Q玻纖(DK=3．9，l MHz)，D玻璃纖維和Q玻璃纖維，雖然具有優(yōu)秀的介電性能，但存在著兩大缺點(diǎn)：（1）機(jī)械加工性差，對鉆頭磨損大（2）成本高，相當(dāng)E玻璃布10倍以上的價(jià)格，單獨(dú)使用并不合適。通過對不同品種的玻纖進(jìn)行合理的選配，要求既保證優(yōu)良的低介電性能、加工性能，又能很好地解決工業(yè)化生產(chǎn)的成本問題。

三、高頻高速基板填料介紹

基板材料制造中的填充材料，是指基板材料組成中除增強(qiáng)纖維材料外，作為樹脂填料的化工材料。填充材料在整個(gè)基板材料用樹脂中所占的比例、品種、表面處理技術(shù)等，都對基板材料的介電常數(shù)有所影響。

無機(jī)填料中較常使用的有：滑石粉、高嶺土、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硅微粉與氧化鋁等。填料的加入，可以有效降低產(chǎn)品的吸濕性，從而改善板才的耐熱性，同時(shí)，還可以降低板材熱膨脹系數(shù)。

填料在選用時(shí)還要考慮填料的耐熱性、粒徑分布、硬度、是否表面處理、使用分散性等因素。在此方面，日立化成開發(fā)并應(yīng)用了新型界面控制體系工藝技術(shù)，它使得填料與樹脂之間的界面，達(dá)到高分散、高粘接的作用。克服了填料在樹脂中會(huì)出現(xiàn)凝聚、分散性低、板成型后出現(xiàn)空隙等問題。

四、高頻高速基板樹脂介紹

玻纖增強(qiáng)材料是復(fù)合材料中力學(xué)強(qiáng)度的主要承擔(dān)者，一般來說其介電常數(shù)高于樹脂基體，又在復(fù)合材料中占有較高的體積含量，因此是決定復(fù)合材料介電性能的主要因素。在FR-4覆銅板生產(chǎn)中，一直沿用傳統(tǒng)的E-玻纖布，雖然E-玻纖布的綜合性能好，性能價(jià)格比較理想，但介電性能欠佳、介電常數(shù)偏高(6．6)，影響了它在高頻高速領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。

目前，世界各國生產(chǎn)的硅酸鹽成分的玻璃纖維織物組成大體相同，其基礎(chǔ)成分都是SiO2、A1203、CaO三元系統(tǒng)，重量百分比在小范圍內(nèi)波動(dòng)。常溫下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無弱聯(lián)系離子幾乎不導(dǎo)電。但是網(wǎng)絡(luò)中充填了陽離子，特別是堿金屬離子時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在堿金屬離子處中斷，形成弱聯(lián)系離子，產(chǎn)生熱離子極化。這是影響玻璃介電性能的主要因素。目前通常采用的是無堿玻纖E玻纖，其介電常數(shù)為7．2(1 MHz)，不能滿足高頻高速電路的要求。

氰酸酯(CE)樹脂是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來的一種高性能樹脂基體，CE樹脂在熱或催化劑作用下，發(fā)生環(huán)化三聚反應(yīng)形成含有三嗪環(huán)的高交聯(lián)度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大分子。固化的CE樹脂具有許多優(yōu)異性能：低的介電系數(shù)(2．8-3．2)和極小的介電損耗角正切值(0．002～0．008)；高的耐熱性(Tg為240℃-290℃)；低的吸濕率(<1．5％)；小的熱膨脹系數(shù)；優(yōu)良的力學(xué)性能和粘結(jié)性能。但CE樹脂韌性較差，固化溫度過高。

采用雙馬來酰亞胺樹脂改性CE樹脂，是CE樹脂改性應(yīng)用于高頻覆銅板最成功的例子，通常將其稱為BT樹脂。

傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂由于本身具有含量較大的極性基團(tuán)，介電性能較差，通常的改性方法有：增加支鏈數(shù)，增大材料的自由體積，降低極性基團(tuán)的濃度；在環(huán)氧樹脂中加入雙鍵結(jié)構(gòu)，使樹脂分子不易旋轉(zhuǎn)；或引入占有空間體積較大的基團(tuán)或高分子非極性樹脂等方法，降低極性基團(tuán)的含量，提高其介電性能。

作者：尤志敏，興森科技