揭示低损耗特殊高频PCB层压板的配方

电子设备已然变成人们日常生活的必需品，帮助人们进行沟通、记住预约和跟踪财务状况等等，这要求支持这些设备的印刷电路板 (PCB) 必须能够传送各种信号。随着更宽带宽的需求，信号的工作频率变得越来越高。同时，随着应用需求的不断提高，伴随新型材料组合的探索和应用，PCB材料已可实现更高频率的电路设计和应用。我们对电路复合材料的深入研究，了解在许多不同环境条件下的电气和机械特性，并了解电路材料的不同成分如何协同工作，可以简化为特定应用寻找最佳电路材料的过程。

聚四氟乙烯 (PTFE) 是诸多高频 PCB 的重要成分之一。它是一种由碳和氟形成的热塑性含氟聚合物，具有高分子量和低摩擦系数。它在微波至毫米波频段均具有优异的介电性能，并在各种不同的陆地、海洋和空间的应用中都具有高可靠性。高频PTFE的PCB的组成不仅包括PTFE树脂，还有其他关键材料共同复合而成，以满足各种应用所需的电气、机械特性和最佳性能。由于不同频率下波长不同，设计也存在一定的差异，应用于这些不同频段和场景下对电路复合材料的要求也不尽相同。

PTFE 材料的介电性能优于许多其他材料，具有高介电强度和低介电常数 (Dk)。固态 PTFE 的 Dk 约为 2.0，损耗正切或损耗因子 (Df) 极低，约为0.0003，具有良好的机械特性和化学惰性，以及高热膨胀系数 (CTE)特性。尽管有这些优良特性，PTFE 往往还需要跟其他材料一起共同构成复合材料用于高频电路。通常可以用编织玻璃布或陶瓷材料增强，用以提高机械稳定性，和增强PTFE的热性能。当用于 PCB电路时，往往希望将介电PTFE复合材料的CTE与铜导体匹配，以便介质和铜以相同比例膨胀和收缩。

罗杰斯通过将PTFE与不同材料添加剂相结合，为电路设计师、电子制造商和电子最终用户提供了各种优异的介电常数的PTFE材料，同时每种复合材料组合都具有出色的电气性能和可靠性。无论是将PTFE与玻璃材料，还是陶瓷或其他填料相结合，罗杰斯的PTFE电路材料都能提供电气和机械特性最为广泛的选择，从而满足在整个频谱（甚至在远超110 GHz 的毫米波频率范围）中电子技术的不断发展。

对于罗杰斯的电路材料，无论具体哪种型号材料，电路设计师和制造人员都可信赖 Dk 等关键参数的准确性和精度。通过遵循经过验证的行业测试方法（如IPC-TM-650 2.5.5.5c，表征材料在10 GHz时的厚度方向或z轴方向的Dk），确保使用材料的用户能够获得准确表示产品的特性参数，如Dk和其他参数值。材料的一些参数也提供公差值（例如Dk），从而提供材料一致性的特征。此外，所有电路材料的“设计Dk”值也是可以获得的，特别是当在某具体商业电路设计软件中的输入电路材料参数时，电路设计师可考虑电路制造工艺导致的任何材料特性变化。

不同的材料组合

电路层压板是各种材料组成的集合，包括如PTFE树脂等基础材料和各种附加材料。添加的附加材料有助于微调所得复合材料的电气特性和机械特性，以及某些关键参数如Dk，从而满足电路设计师、制造商和应用的需求。例如，在罗杰斯 RO3000®系列材料系列中，通过添加陶瓷填料，有时也使用玻璃布增强材料，来提高PTFE的初始低Dk。虽然添加的附加材料可使一系列材料具有多种Dk 值选择（从低至3到略高于10），但这些材料的Dk值的容差仍都得到了严格控制。通过这些添加的材料，PTFE的优势在电气一致性和机械强度方面得到了增强，并且Dk值的严格公差也令人相当印象深刻。

例如，罗杰斯 RO3003™层压板的具有低Dk值，在 10 GHz下测定的材料z轴方向的过程Dk值为3.00。该材料的Dk公差也非常小，仅有±0.04，这也表明在用 PTFE和其他材料成分制造该材料的工艺控制方面令人印象深刻。就RO3003材料而言，主要添加的填料是陶瓷，这会导致Dk略高于纯PTFE的标称Dk。为了进一步获得更高的机械强度，罗杰斯 RO3203™ 层压板中不仅添加了陶瓷填料，还添加了玻璃布增强材料，在10 GHz时过程Dk略微增加至3.02，但同样保持了相同的严格的Dk ±0.04公差控制。

Dk值越高，在相同工作频率的电路特性就越小型化。RO3000层压线的系列中可以通过PTFE与陶瓷填料和玻璃布增强材料的不同混合比，支持提供的Dk值高达10。例如，RO3035™层压板通过向PTFE添加陶瓷填料，将Dk提高到3.50，同时保持Dk公差为±0.05。通过向PTFE添加更多比例的陶瓷填料或不同类型的陶瓷填料，RO3006™层压板将过程Dk值提高到6.15，同时Dk公差仍保持在±0.15。还可通过玻璃布进一步增强机械强度，提供保持与RO3006相同的Dk值和Dk公差的 RO3206™层压板。RO3010™层压板增加了PTFE复合材料的陶瓷填料成分，实现材料的过程Dk为10.20，Dk公差为±0.30。它也可以用玻璃布增强并提供10.20的相同过程Dk，只是Dk公差稍差，为±0.50，即是RO3210™ 层压板。严格控制每种复合材料的材料比例，即使Dk值增加，Dk公差也会始终保持很小。在各种情况下，包括基础PTFE材料在内的不同材料的质量对于在如此严格的公差范围内实现复合Dk值至关重要。

对于更倾向Dk值尽可能接近PTFE本体Dk值（约 2）的用户，罗杰斯 RT/duroid® 5000 射频电路材料就是一个非常好的选择，其中包括过程Dk值为2.33的 RT/duroid® 5870 层压板和过程Dk为2.20的 RT/duroid® 5880 层压板。两种材料的Dk值均保持在±0.02的惊人严格公差范围内。这些基于PTFE的电路层压板采用具有不同随机玻璃纤维含量的复合材料，从而实现不同的Dk值。

正如这些电路材料示例所示，层压板的成分对其性能影响很大，它也会影响制造PCB时电路材料的加工方式。虽然RT/duroid 5870和5880层压板可提供接近纯PTFE的Dk值，并在高频率下能够提供出色的电气性能，但它们对电路制造加工工艺要求较高，特别是对比使用成本 FR-4 电路材料的加工时。相比而言，基于PTFE的RO3000电路复合材料更适合大批量的电路制造工艺。

当然，PTFE只是构成用于高频电路层压板的现代电路材料复合材料配方的几种基材之一。聚苯醚如PPE或PPO等热固性材料，环氧树脂体系材料，以及含有陶瓷填料的碳氢化合物等材料也很常用。作为最早的高频热固性电路材料之一，罗杰斯的RO4003C™层压板是一种适合大批量电路制造工艺的碳氢化合物基材料。其标称的过程Dk值为3.38，Dk公差为±0.05。凭借良好的电镀通孔可靠性，该材料已被证明非常适合通过FR-4的加工工艺来生产高层数PCB板。

RO4003C层压板是 RO4000®系列碳氢化合物电路材料的一员，采用陶瓷填料和玻璃布增强，Dk值从3.25至6.15。最低Dk值属于 RO4830™电路层压板，采用了碳氢化合物和陶瓷材料并选用了特殊开纤编织玻璃布。RO4350B™层压板也采用玻璃布和陶瓷填料，其Dk略高，为3.48。两种材料的Dk值均保持在±0.05的公差范围内。RO4360G2™层压板的Dk值约是上述材料的两倍，即6.15，它也是将碳氢化合物、陶瓷填料和玻璃布等相结合，保持了±0.15的Dk公差。这些热固性材料在高温环境中仍具有非常高的可靠性，并可兼容FR-4的PCB加工工艺过程，特别是对于多层电路尤为如此。

随着频谱的使用范围扩展到毫米波，汽车安全系统、5G 通信网络以及不久将结合地面和卫星链路的6G网络等应用，对高性能、高频电路材料的需求持续增长。此处介绍的电路材料示例展示了不同的材料体系如何在材料特性、易加工性、电气性能和可靠性方面的差异。正如这些示例所示，新的材料和混合物总能创造出提高性能、成本和可靠性的可能，罗杰斯公司不断寻求不同的材料组合，旨在创造更好的未来电子材料。