5G毫米波/6G太赫兹の高频覆铜板技术发展

导语：6G，即第六代移动通信标准，一个概念性无线网络移动通信技术，也被称为第六代移动通信技术。主要促进的就是互联网的发展。

6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信，实现全球无缝覆盖，网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村，让深处山区的病人能接受远程医疗，让孩子们能接受远程教育。此外，在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下，地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。这就是6G未来。6G通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破，它更是为了缩小数字鸿沟，实现万物互联这个“终极目标”，这便是6G的意义。

6G的数据传输速率可能达到5G的50倍，时延缩短到5G的十分之一，在峰值速率、时延、流量密度、连接数密度、移动性、频谱效率、定位能力等方面远优于5G。

太赫兹频段

6G将使用太赫兹（THz）频段，且6G网络的“致密化”程度也将达到前所未有的水平，届时，我们的周围将充满小基站。太赫兹频段是指100GHz-10THz，是一个频率比5G高出许多的频段。从通信1G（0.9GHz）到4G（1.8GHZ以上），我们使用的无线电磁波的频率在不断升高。因为频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大，也就是我们通常说的“网速变快了”。不过，频段向高处发展的另一个主要原因在于，低频段的资源有限。就像一条公路，即便再宽阔，所容纳车量也是有限的。当路不够用时，车辆就会阻塞无法畅行，此时就需要考虑开发另一条路。频谱资源也是如此，随着用户数和智能设备数量的增加，有限的频谱带宽就需要服务更多的终端，这会导致每个终端的服务质量严重下降。而解决这一问题的可行的方法便是开发新的通信频段，拓展通信带宽。我国三大运营商的4G主力频段位于1.8GHz-2.7GHz之间的一部分频段，而国际电信标准组织定义的5G的主流频段是3GHz-6GHz，属于毫米波频段。到了6G，将迈入频率更高的太赫兹频段，这个时候也将进入亚毫米波的频段。中国科学院国家天文台研究员苟利军告诉《互联网周刊》说：“太赫兹在天文中被称为亚毫米，这类天文台的站点一般很高而且很干燥 ，比如南极，还有智利的acatama沙漠。”那么，为什么说到了6G时代网络“致密化”，我们的周围会充满小基站？这就涉及到了基站的覆盖范围问题，也就是基站信号的传输距离问题。一般而言，影响基站覆盖范围的因素比较多，比如信号的频率、基站的发射功率、基站的高度、移动端的高度等。就信号的频率而言，频率越高则波长越短，所以信号的绕射能力（也称衍射，在电磁波传播过程中遇到障碍物，这个障碍物的尺寸与电磁波的波长接近时，电磁波可以从该物体的边缘绕射过去。绕射可以帮助进行阴绕射可以帮助进行阴影区域的覆盖）就越差，损耗也就越大。并且这种损耗会随着传输距离的增加而增加，基站所能覆盖到的范围会随之降低。6G信号的频率已经在太赫兹级别，而这个频率已经接近分子转动能级的光谱了，很容易被空气中的被水分子吸收掉，所以在空间中传播的距离不像5G信号那么远，因此6G需要更多的基站“接力”。5G使用的频段要高于4G，在不考虑其他因素的情况下，5G基站的覆盖范围自然要比4G的小。到了频段更高的6G，基站的覆盖范围会更小。因此，5G的基站密度要比4G高很多，而在6G时代，基站密集度将无以复加。

高频高速；覆铜板；技术；新发展

1高频高速覆铜板市场的新格局

以低信号传送损失为最重要特性的高频高速覆铜板，是射频/微波电路用CCL(一般简称 “高频CCL”)和高速数字电路用CCL（一般简称“高速CCL”）的统称。2020年，全球刚性高频高速覆铜板的市场规模，以销售额为计是28.86亿美元（据Prismark统计，下同），年增长率为17.0%，占当年全球刚性覆铜板总额的22.4%；以销售面 积为计是89.9百万平方米，年增长率为20.0%[1]。2020年，全球刚性高频高速覆铜板的市场格局(主要国家/地区高频高速覆铜板生产企业 市场占有率)（见图1），发生了较大的演变。2020年它的市场新格局新特点为：台资企业市 占率大增，近于实现占全球此类CCL市场的半壁江山。

Prismark在2021年6月发布的全球覆铜板经营情况的调查报告[1]中，首次统计、公布 了2020年三大类刚性特殊覆铜板的全球整体及主要厂家销售数据（见表1）。所提及刚性特 殊覆铜板，包括IC封装载板用CCL，射频/微波电路用CCL，以及高速数字电路用CCL的三 大类品种。其中，高速CCL还划分为有卤型（标准型）与无卤型两大品种。

从表 1 中，我们可得到：2020 年三大类刚性特殊覆铜板销售额达到39.3亿美元。占全 球2020年刚性覆铜板销售额的30.5%，这个占比，比2019年提升了约3个百分点。在三大 类刚性特殊覆铜板销售总额，封装载板用CCL的销售额占26.6%（销售额同比增长11.4%）， 高频CCL占13.3%（同比增长3.3%），高速CCL占60.1%（同比增长20.6%）。Prismark的这份报告，还对全球主要CCL在三大类刚性特殊覆铜板方面的市场占有率， 作了统计（见图2、表2），很值得我们参考。

据Prismark的统计，2020年有一定规模生产刚性三大类特殊覆铜板的企业，在全球共 有18家，它们所创的三大类特殊覆铜板销售额，约占全球此类覆铜板销售额的95%。在2020年三大类特殊覆铜板销售额中，台资企业此三大类基板材料的销售额占37%，日资企业占27%，美资企业占10%。其中，我国内资企业有四家企业，登上“全球特殊覆铜板的18家生产厂家榜”，四家内 资企业的2020年三大类特殊覆铜板销售额共计为254百万美元，占全球这三大类特殊覆铜 板总销售额的6.5%。在“全球特殊覆铜板的 18 家生产厂家榜”的刚性覆铜板品种综合性企业（有 15 家）中， 2020 年三大类特殊 CCL 销售额占本企业刚性 CCL 总销售额比例很高（达到 50%以上）的厂 家，主要有：台燿科技（本企业内三大类特殊 CCL 销售额占总销售额的 95%）；三菱瓦斯化 学（占 81%）；昭和电工（原为日立化成）（占 76%）；斗山电子（占 61%）；松下（占 52%）；联茂电子（占 52%）；Isola（占 52%）从以上统计数据中，我们可明显看出三点：日美资企业在三大类特殊覆铜板制造领域， 特别是此领域中的高端品种市场，仍保持着强大的竞争优势；台资有两、三家企业在近几年 的产品结构调整上，取得长足的进展，为此也已具备了很大的三大类特殊 CCL 市占率，以及很强的市场竞争实力；我国内资三家综合性覆铜板企业，在三大类特殊 CCL 市场竞争力方面 的差距，更为凸显。

2高频性覆铜板的市场竞争加剧，太赫兹频段用基板材料的研发课题提出

在高频高速覆铜板市场中，2020年中表现各生产企业间产品竞争最突出的热点方面， 是高频性覆铜板市场领域。此章重点讨论高频性覆铜板市场、产品、技术发展的新特点。2.1高频性覆铜板的新品纷纷推出，关键性能有明显提高当前，5G基站及网路通信终端（如76～79GHz汽车防碰撞雷达等）向着毫米波频段（30～300GHz）快速的发展。这些设备所用的高频PCB，越来越依靠它的基板材料端，去克服降低 其信号传输损失的难题，开发并提供更多客制化档次的、还能达到其它重要性能（如多层板 加工性、可靠性、导热性等）要求的高频性基板材料。近一年多来，全球热固性高频高速基板材料主要生产厂家在新品开发及市场开拓上，更 多的精力都集中在毫米波电路用基板材料方面的角斗中。例如，2020年以来Df≤0.002等级 的RF/无线通信用热固性类覆铜板的市场，不再只是几家日美厂家（Rogers、松下、Isola等） 所占据，而中国大陆（生益科技、南亚新材等）、中国台湾（台燿、台光、联茂、腾辉电子 等）厂家产品，也开始分割到市场一定的份额[2][3]。在高频高速覆铜板发展的各阶段，它的主流采用的某一类树脂，总是决定了高频高速基 板材料技术与市场发展趋势的最重要因素。当前高频性覆铜板市场的激烈竞争的背后，是这 类覆铜板的主树脂开发技术的进步，甚至是跨越作为支撑。近两、三年来，Df＜0.002(@10GHz)等级的热固性高频性覆铜板，又有多家开发出来， 有的已开始量产。表3中列举的厂家及牌号。

以下，我们再对表3所示的Df＜0.002新品的性能，作一些介绍与分析。（1）台湾工研院专家近期曾发表论文[4]，对台湾厂近期新出台的高频高速覆铜板作了 较高的评价：碳氢树脂类覆铜板台湾岛内“有几间主要的CCL厂商，例如：联茂、台光电以 及台燿科技，也都非常积极投入相关材料技术开发。其中以台燿科技的进度最为超前，目前特性最好的商品为代号TU-943,它在RC=64%、频率为10GHz下测得的Dk=3.22/Df=0.0015,特性已经接近PTFE的基板。”（2）可从表3所列产品牌号及Df性能值中看出：台湾的台光、台燿、腾辉及美资Isola新推出的高频性基板材料产品，在Df的指标值上，已低于松下相对应的产品品种[R-5785(GN)、R5515/R5410]的Df值， 并更加接近所对应同一应用市场的PTFE类覆铜板的Df指标值。（3）在表 3 所列的新品，它们锁定的市场目标是基本共同的。即毫米波频段应用的、 多层型电路基板。因此，它的 CTE 大小（主要是 Z 方向 CTE）,也是非常重要的性能,CTE 与加工性好坏有着密切相关。CTE 也成为各厂家间性能水平的竞争重要焦点之一。表 3 中所列一些厂家，在近年出台的这类新品的 CTE 性上水平得到了较明显的提高。

2.2热固性高频性覆铜板新品采用的树脂类型在发生新演变

表 3 中所述高频高速 CCL 新品的介电性能的提升，也共同反映出：在毫米波电路用热固性型高频性覆铜板开发中，除曾充当过碳氢树脂类高频高速覆铜板用主流树脂的改性 PPE 树脂以外，其它类别的新型热固性树脂逐渐担当了主流树脂材料的角色。

近年的 Df＜0.002(@10GHz)等级的、可应用于毫米波电路的高频性覆铜板品种的纷纷涌 现，表明了热固性树脂型高频特性的覆铜板的制造技术，在近两、三年中，又有了一个技术 上的飞越。趋使上述新品性能改进、提升的重要因素之一，是在采用的低介电性聚合物树脂 中有了更大的创新，尽管这类新品推出的许多厂家都不宜过多宣传这一采用新树脂的具体创 新内容，但这是一个不争的事实。在近年高频高速覆铜板市场新变化下，更佳低传送损失性 高频性覆铜板所用主流树脂材料正在发生演变，这成为了当前热固性高频覆铜板品种与技术 发展的新特点之一。

我们可以在近期海外同行发表的产品宣传、技术文献中，得到对这个“主流树脂角色演 变”话题，有值得深思的几个事例：

□事例一：台湾工研院 PCB 基板材料专家，在近期论述高频高速覆铜板用高聚物树脂 方面，已将聚烯类树脂材料与 PPE 树脂、碳氢树脂区分而出，并认为它在提升介电性能、铜 箔剥离强度方面，有独特的贡献[5]。

□事例二：日本一家为刚性覆铜板多年开发、提供树脂的著名生产厂家——日铁化学与 材料株式会社（日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社，为“新日铁住金株式会社”旗下的分 公司）的树脂研究专家在近年发文提出[6]：“下一代的信息通信技术发展，对超高频化、高 速化、大容量化的材料，提出了更高的特性要求。在今后的高频特性的基板材料的开发中， 作为可同时实现超低介电性与多层 PCB 成形性的乙烯基硬化型树脂(日文“ビニル硬化型樹 脂”)来讲，将扮演着重要的作用。”这篇论文，还具体提出三种含乙烯基硬化型树脂，即：双马来酰亚胺类树脂（Bismaleimide resin,BMI）、环烯烃类树脂 (Cyclo Olefin Polymers，COP， 或称：Cyclo Olefin Copoly-mers,COC)、聚二乙烯基苯类树脂(Polydivinylbenzene,PDVB)等[7]。另 外，该文作者的单位，近年开发的“乙烯基芳香族化合物聚合体[8]”已在松下开发高速覆铜 板的专利中作为采用主树脂[如产品牌号：ODV-XET（X03）、ODV-XET（X04）、ODV-XET（X05）] 研究重点材料而出现[9]。

□事例三：松下在 2021 年 2 月发布的低传送损失性 R-5410 基板材料宣传稿中，特别了 强调了此新品，是“属于由热固性树脂组成的半固化片。”请注意松下强调的毫米波电路所 用的这一新基板材料是“热固性树脂”。而在几年前，该公司在一张高频高速基板材料的宣 传资料图，还认为像毫米波频段用的基板材料的树脂材料，则还全是“热塑性树脂”类[4]。松下这一认识的转变、深入，很使得笔者有这样联想的：松下近期在有关宣传新品内容中， 提到高速传送基板材料用树脂材料所需要具有三条重要的条件：其一，尽量减少极性基团。其二，高的热稳定性；其三，加工性好[10]。

□事例四：松下曾在近年的 R-5575、R-5515、R-5410 三次新品发布宣传稿中[11][12][13]， 都用了同样内容大意相同的话语：该公司是通过“树脂设计技术”，解决了“基板材料树脂 组成中含有的无卤阻燃成分构造，会使得基板高频传输损失增大”的难题。我们是否可以理 解为：研发者在树脂技术路线上摒弃了 MEGETRON 系列树脂技术途径（更明确地讲，是改 性树脂途径），另辟蹊径、“另起炉灶”，在比 MEGTRON7[如 R-5785(GN)品种]更具低传送损 失性的树脂体系及无卤阻燃体系的构建中，又有技术路线的新选择，得到了 Df 长期稳定性、 低 Df、低传送损失性的新突破，在 MEGTRON7 与 MEGTRON6 基础上的性能新提高。

□事例五：在今年 7 月上旬在上海举办的“CPCA 展会”上，松下株式会社向业界首次 宣传了它的“MEGTRON 8”新型高速覆铜板（本品还处于研发阶段，计划 2023 年问世）的 性能及研发思路。在此产品说明会的幻灯片中，多处提及了“MEGTRON 8”采用的主树脂作 了重大改变的问题，对此强调：“通过应用 PPE 树脂, 来降低有局限性的。我们开发了其他 低极性和热稳定的树脂。”而 MEGTRON 8 用的这种“新型超低损失的极性树脂（New Ultra Low Polarity Resin）”，它的 Df 仅为 0.001，明显低于原用的改性 PPE 作主树脂的 MEGTRON 7[R-5785(N)]产品的 Df（改性 PPE 树脂的 Df 为 0.002）[10]。

2.3 天线层 PCB 新工艺的采用，给热固性高频性覆铜板争夺毫米波市场提供了机遇

（1）天线层基板走向超多元件的集成模块化、多层化

近一、两年来，在 5G 通信设备设计中，为了提高天线的高效率、实现低信号传输损 耗及设备小型化、简便高频基板制作及降低其生产成本，在含天线的基板工艺上发生了普遍 性的变革。这种工艺变革核心内容，是将天线和 RF 芯片放置在同一基板上，且对天线层结构及所 采用基板材料品种作了改变。这使得“天线集成模块”及“不同基材混压复合结构”为特点 的 5G 通信设备用多层基板市场正在迅速扩大。就采用的基板材料而言，过去，传统型天线基板材料主要采用 PTFE 树脂基板材料，由 于是它热塑性树脂，在实现这种工艺变革中的天线基板多层化、基材结构复合化方面，就面 临着不少工艺、设备配套等方面的困难问题。而热固性树脂组成的半固化片，可通过积层法 叠层生产工艺，易于对天线层进行增层、成型的加工，它在实现含有天线层 PCB 的多层化 上，占有着制作低成本性、简便性、异种树脂基材成形加工工艺可通用化等方面的明显优势。

（2）热固性树脂高频性基板材料叠层天线层实例

举例讲，如图 3 所示的 5G 通信设备用多层基板结构例。可看出这种多层基板结构特点 是信号层与天线层的多个功效集成化（“集约化”）；采用的基板材料为复合化混压；天线层 为叠层（积层法）方式[14]。

再以采用76～79GHz频段的车载毫米波雷达基板为例，原来传统的基板结构为PTFE基板作芯层及天线层，它们之间用粘接片（PP）作为粘合。其中，制造工艺条件苛刻、复杂， 制造成本昂贵，成形加工性差。现在开始改为：用具有高频特性优异的热固性树脂的半固化 片作基材，在芯板（为高频电路信号层）上，实施逐层叠加工艺，形成绝缘层和导体层（铜箔）的多层布线，从而形成的多层天线层（见图4所示毫米波天线层基板工艺变化的叠构图 例）

（3）对制造毫米波电路多层基板中，热固性高频基材替代PTFE基材的特点与条件的讨论应该关注到，在上述叠层工艺改变下的毫米波段天线层多层模块基板制造中，热固性树 脂基材因此可以通过现有通用设备进行基板的成型加工及导电层的制造。热固性树脂基材也 不需要特殊的化学溶液及特殊的工艺，这样有助于基板制造中的加工成本降低。这些基板加 工特性优势，是含热塑性树脂特性的PTFE树脂基材，所难以实现的。由此，在毫米波频段 电路的天线层多层基板制造中，当前热固性树脂基板材料替代原PTFE基板材料，出现了替 代率（或称渗透率）快速并较高的新特点。在上述叠层工艺改变下，毫米波段天线层多层模块基板制造采用热固性树脂高频基材 去替代原PTFE基板材料，在热固性树脂高频基材的性能上都有哪些“门槛”？笔者认为， 起码具有以下六点：①应具有接近PTFE类基板材料的低传送损失性，Df要低于0.002（@10GHz）。②Dk/Df具有长期高温下的稳定性。③ 半固化片的制造多层板中的叠层加工性。④优异的CTE稳定 性。⑤ 与FR-4基材、其它热固性高频高速基板材料成形接合的兼容性。⑥由于需要与低 轮廓铜箔（特别是极薄低轮廓铜箔）压合成型加工，半固化片需要分担着确保、提高铜箔剥 离强度的功效，与铜箔共同克服、解决目前高频高速多层板普遍存在的Cu剥离强度(PK)偏 低的难题.

2.4商品半固化片市场需求扩大下，将逐步转变为高频高速基板材料中另一大类独立特性的产品

（1）近期叠层工艺的天线层用热固性性高频基板材料（半固化片）替代PTFE基板材料 的“步伐”加快的速度，已远远高于芯板用的基板材料（覆铜板）。这就解释了为什么像松 下、ISOLA、罗杰斯等一些热固性树脂型高频性CCL大厂，为什么在2020年至2021年初都纷纷专门出台低传送损失性的半固化片产品了（参考表3）。（2）另一方面，类载板制造中近几年广泛采用了mSAP工艺技术，也扩大了具有低传 输损失特性的半固化片材料的应用市场。由于在类载板（SLP）设计线宽/线距30μm/30μm甚至更细的线路中，现有HDI采用 的减成法工艺流程限制已难以突破，因此采用制作HDI更高一档次技术——改良型半加成法（（modified Semi-Additive Process，简称mSAP）工艺技术，得以实现应用及迅速推广。未来几年，其他HDI多层板制作和智能手机主板等高端电子产品，也会择时跟进SLP设计和mSAP技术应用，以达到产品叠构设计中各层线路图形的高密度程度提高。同时，mSAP技术也会采用在SLP与HDI混搭的技术方案之中。而在实施mSAP工艺技术的最初一步，就是首先在基板上，同时预压半固化片（多为高频高速特性的PP）与极薄铜箔，实现介质基材 与导电层的叠合成型（见图5）。

台湾PCB专家林定皓等撰文提出：mSAP工艺技术走向广泛的应用，“移动智能终端 与高速5G通讯设备则是最大推手。为了应对先进的移动智能终端设计，并能让出足够的 内部空间，则需要更薄、更小、更复杂的HDI板，且必须使用低介电常数、低介质损耗的 基板材料。┈┈超薄铜皮做半加成技术（mSAP）的调整后，它已经成为更加HDI制造的 主流工艺。”（3）在高频高速电路多层板的制造工艺，正朝着混合压板方面普及、扩展。而这项它 需要更多的、更具有定制特性的半固化片基材，通过叠层压合在上下为不同树脂基材的中间， 形成各层具有功能差异的复合基板。（4）近年在高频高速多层板制造工艺方面不断推新：不同品种基材复合混压化；半加 成法、加成法形成微细高频电路工艺技术发展等，致使多层板在介质结构出现新变化，介质 材料品种更加多样化。多种不同产品形式的高频高速基板材料的开发、上市、市场扩充都表 现活跃。例如：基板材料业界中多家开发出的树脂膜（又称树脂胶膜）、新型涂树脂铜箔（RCC）、 无玻纤增强的半固化片材料、原高频FCCL用的膜材料（现用于刚性多层板制造）、高频性纯 树脂胶等。它们的应用市场，也同样主要瞄准在与上述高频高速特性的半固化片的新应用市 场上，以充当叠层工艺高频高速电路基板的绝缘层材料。高频高速性商品半固化片市场面临 着其它不同产品形式的层压预固化基材的新竞争。以上几方面的新变化都表明：在高频高速性商品半固化片（PP）市场的需求面在扩大之 下，高频高速性PP不仅是需求量在不断的扩大，而且还将逐步转变为高频高速基板材料中 另一大类的具有独立特性的产品。围绕这一新的变化，覆铜板生产企业面临着半固化片在生产、研发、销售、客服等方面， 需要解决的新课题。如：①半固化片的原有生产模式上的改变、调整（如建立专业生产厂， 或生产线）；② 向下游提出新的技术解决方案；③从一种（或一类）覆铜板品种中脱离而出， 独立成为一种新多层板的基材品种；④开发、推出更突出PP定制化特性（如：兼容性、线 路填充性、薄形化）的半固化片产品；制定新的PP标准体系等。

2.5 太赫兹频段用基板材料开发课题已提出

随着5G的商业化逐步转变为成熟、实现常态化，近期通讯业界出现的新术语——“B5G (Beyond 5G，超5代移动通信系统)/6G”，“太赫兹”，它们一时成为的热议两个词语。世界通讯业大厂三星電子，在2020年7月发表了的“6G白皮书”。它对出下一代通讯 技术的願远景，作了勾画：最高传输速度将由现在的20 Gbps，增加到1,000 Gbps，是5G的50倍；信号延迟必须低于1微秒，为5G的1/10；终端连结密度将由现在的100万/km2， 提升到1,000万/km2；定位精准度也将由数公尺提升到公分等级。如何达到发展B5G/6G的需求？全球相关业者提出了几方面的为此而需发展的新技术， 包括：卫星通讯、太赫兹通讯、低能耗通讯、巨量天线束波成型、人工智能与大数据云计算 等。其中发展太赫兹通讯更为特别关注。太赫兹泛指频率在0.1～10THz波段内的电磁波。从频率上看，太赫兹在无线电波和光 波，毫米波和红外线之间（见图6）。

太赫兹技术被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一，被日本列为“国家支柱十大重 点战略目标”之首。太赫兹波长很短，远小于微波与毫米波的波长，可以用于探测更小的目 标和更精确的定位；它却又包含了丰富的频率，有着非常宽的带宽。美国是最早提出太赫兹 雷达这一概念的国家，并先后进行了0.2THz、1.56THz、0.6THz等高分辨率雷达实验，验证 了太赫兹雷达的可行性，为今后的发展奠定了基础。太赫兹的频段比现有微波通信要高出l～4个数量级，这也就意味着它可以承载更大的信息量，轻松解决满足大数据传输速率的通信 要求的问题。2012年日本东京工业大学预测利用太赫兹通信技术进行无线数据传输的速度，理论上可以高达每秒100千兆位。值得关注的是，台湾工研院的《工业材料杂志》2021年7月号（414期），以“B5G次 太赫兹关键材料技术”为专题，与读者分享5G/B5G通信市场发展趋势、┈┈、6G超高频 无线通信应用关键材料之需求与挑战等议题的文章。其中，有文涉及到PCB基板材料问题 的讨论与预测[16]。文中提出：“在无线通信技术中，功率放大器（PA）是连接天线的关键元 件。它的操作频率由现行5G的Sub-6GHz会提升到毫米波，甚至未来的次太赫兹（笔者注：台湾有的专家对应用太赫兹无线通信的预测，认为首先在0.1～1.0THz频段中实现，并把此频段称为“次太 赫兹”）。┈┈ 除了功率放大器，以往在5G应用较低频率条件下使用的材料，如天线、载板， 甚至封装材料等，将不再适用于次太赫兹通信环境，这也意味着当频段提升到次太赫兹时， 材料将成为通讯系统可否运作的关键。”“太赫兹频段通信成为6G通信的主要候选技术，相关应用于太赫兹频段之材料已非现 行材料可以负荷，新材料的研究与开发投入，将成为后续通信产业发展的一大重点。”

3.近期高频高速覆铜板技术上的三大重要跨跃

3.1松下高频高速覆铜板的两大性能难题得以解决

在近十几年中，松下始终以 PPE 树脂的“MEGTRON”系列覆铜板产品，作为本企业高频 高速覆铜板的主打产品品种。其中，M6、M7成为热固性高频高速覆铜板的“标杆”式的著名品牌。但在近年在此系列某些品种的高频特性上，发生了“质疑性”的事件。

（1）事例之一:

2020 年初，日本 PCB 大厂名幸电子(Meiko Electronics)在“第34届电子研发、制造 与封装技术展（NEPCON JAPAN 2020）”上，展出了针对车载、IoT 和 5G 用部品开发出三类 刚性高频用电路板样品及基板性能的介绍。其中这三类刚性 PCB 所用的基材分别是 PPE 树 脂、PTFE 树脂和 LCP 树脂。展板内容中表明：PPE 树脂的基板材料（松下产）所制出的基板， 仅是适于 30GHz 以下工作频率整机的应用[14]。台湾业界专家见此下游大厂对松下 M 系列高频高速型板材所作出的应用评价，作了如下的诠释：“以 PPE 为主的高频材料研发（基板材料）可以克服 PTFE（基板材料）无法进行多层板加工的缺点，但是在 30GHz 以上的工作频率之下，讯号损失会加大、Df 值会飙高。

（2）事例之二：

近年，国内高频整机应用领域的研究发现，PPE 树脂系列的低传送损失性最尖端基板材 料产品（例如:M7N 或等同树脂系列 CCL 产品）存在长期在高温下基板材料的树脂体系老化 问题，致使插入损失出现裂化严重、大幅提升的问题出现。我国国内某大型通信设备公司在 高频天线板的评估认证中，发现某公司的 PPE 体系的 M7N 等级板的 Df，在不同高温长期处理条件下，“插损裂化率”达到 30%（见图 7）[18]。这是由于高频板材老化性能发生裂化严重，在分子结构、官能团、配方摩尔比等设计上，存在不足而造成。松下认识到“MEGTRON”系列其中的有品种（如：MEGTRON 7N）的介电性能（Dk/Df） 在30GHz以上高频条件下（如上述事件一），或在高温的长期稳定性方面（如上述事件二）， 所表现出的性能缺陷，针对30GHz以上频段的应用市场，在近年开发出R-5575和R-5515/ R-5410，是它近两、三年来的一个重大的技术突破。其中，技术突破之一，是R-5515在2018年的问世，在全球率先在制出的热固性树脂类 的“无卤化超低传送损失基板材料”。它的介电特性可达到：Dk≤3.0(@10GHz)，Df≤0.002(@10GHz)。并在高频条件下保持较好的介电性能稳定性（见图8）。

技术突破之二，是R-5575和R-5515/ R-5410产品，解决了Dk/Df在长期高温环境下的 稳定性问题。松下2017年开发成功并上市的R-5575，表明了“它在高频高速的低介质损失 因子（Df）性上的有新的认识及技术上突破。松下提出了Df在长期高温环境下稳定性问题。这项性能它采用了在125℃下对样品处理1000小时的试验评价方法，去考核基板材料Df的变化率。R-5575的Df变化率为3.5%，而一般无线通信基站用基板材料Df变化率为80%。松下2018年开发成功并上市的R-5515（芯板），以及2021年开发成功并上市的R-5410（半固化片）， 也成为了“超低传送损失性+长期高温环境下介电稳定性”的“双加料”品种。笔者注意到，2021年上市的R-5410产品，将“Dk/Df在高温条件下的长期稳定性”作为特别重点宣传、炫耀其性能的内容之一。图8所示的松下R5515/ R-5410的Dk/Df在高温 条件下的长期稳定性。

3.2对此两个性能改进所引出的思考与讨论

上述松下在高频高速覆铜板上的性能提高方面，值得我们深思、讨论有三个方面：
其一，松下提出了以能否达到毫米波电路应用（对应30GHz～300GHz）中的高频条件 下的插损稳定性、长期高温介电特性稳定性的两个新特性为界限的品种性能评估思想。其二，松下为实现上述两大特性，是在树脂体系上有了新突破、新创立。这是“MEGTRON” 系列树脂体系、阻燃体系所达到不了的，即它不是在M6、M7技术基础上的“升级”。其三，在松下高频高速覆铜板品种群中，已有两类品种（不在“MEGTRON”系列中的 R-5575/R-5470 和 R-5515/R-5410 产品），已达到了长期高温介电特性稳定性的性能要求。这 在全球刚性高频高速 CCL 业界中，除松下以外的其它企业品种还是不多的（严格讲，从生产厂家讲是独一无二的），还是与松下所达到的品种性能有差距的。实现长期高温介电特性稳定性，这将成为未来几年全球其它刚性高频高速覆铜板厂家将要努力开发的一个新课题。

3.3辅助低轮廓铜箔提高剥离强度的自创再加工处理技术

2019年12月在日本电子安装学会（JIEP）部品内埋技术委员会于召开了“部品内埋技 术与支撑高速化的安装材料与技术”研讨会。在会上，松下株式会社所作的报告（“应对高 速-高频的低介电特性基板材料的最新发展”），披露了它的“CuTAP”铜箔处理技术开发成功 与应用。这是继2019年Rogers在全球CCL业界率先发明并商业化的本公司高频电路基材（R4000系列）的专用铜箔(CU4000 ED)及涂胶铜箔（CU4000 LoPro）以来，松下株式会社所创新研发 出“CuTAP”铜箔处理技术及配套专用铜箔的技术成果，并应用在超低传送损耗新品R-5515等超低传送损耗性基材产品之中。从消息报道内容笔者破析：松下开发了一种添加剂放入铜箔表面处理液中，并且再一次 对低轮廓铜箔两侧面作处理实现了铜箔表面的纳米级晶粒形状与分布，提高了与介质基材的高粘接性。应用“CuTAP”技术，使得松下无卤R-5515剥离强度（采用RTF铜箔）达到0.8kN/m（比其他企业同类品种高38%）；松下将其还应用在MEGTRON8(N)中，使得此新品的剥离强 度（采用HVLP3铜箔）提高到0.8kN/m。Rogers、松下突破了原有CCL技术开发工作模式，创造的深入介入所需求的铜箔技术开 发的事例，也说明了他们在高频高速覆铜板技术上的又一大进步。4.高频高速覆铜板品种细分化的新发展高频高速基板材料群对应基板市场的细分化、定制化中，出现了以对应市场的性能特殊 需求为基准，对各类基材品种作了新划分、新分割。即在此类基板材料的品种组成结构上， 发生了重大的变化。这也是当前高频高速覆铜板品种与技术发展中一个值得关注的新特点。4.1松下以对应市场需求为基准，对高频高速覆铜板各品种进行新的分割在松下2021年2月的R5410新品量产消息的发布内容附件中[11]，我们发现,它一往常态 的打破了原新品发布稿的传统格式，增加了“一图一表”（见图10、表4），用此说明：松下在细化对应市场的热固性树脂刚性高频高速基板材料品种发展方面，确定了新的性能定位；新的品种市场对应“分工”方案。这种新的品种对应的“分工”，是建立在技术水平提升的基础之上的。笔者还归纳了在“一图一表”中所涉及松下的六种基板材料的主要性能指标情况,附加 于表5中所列（表5所有性能指标数据，引自截止2021年3月的最新版本数据），供读者参考。以便更好理解、读懂松下通过近期发布的这“一图一表”内容，所要表达它的高频高速基板材料群，对应细分市场品种布局发展的新思路、新战略。

从以上的图 10、表 4 与表 5 中，我们可领会到：松下针对高频高速覆铜板的细分基板 市场所对应关键性能需求的不同，提出了此类基板材料品种划分的新方案（以下，简称“品 种划分新方案”），即松下自称为“5G 多层板解决方案（5G Multi-layer PCB Solutions）”。这个应对 5G 多层板性能需求的“品种划分新方案”，是松下自 2017 年、2018 年及 2021 年分别问世了 R5575、R5515 及 R5410 的基础上，所开始创立的。并在松下于 2021 年初通过 宣传 R5410 新产品的机会，在全球、在该公司首次全盘系统的推出的。

4.2松下划分品种对应市场的“一图一表”两大新特点

剖析、归纳上述松下划分品种对应市场的“一图一表”，其核心内容突出了品种“精确 对位细分市场”与“丰富新功能、新性能”两大特点：其一，在各种品种性能“客制化”的原则上，进行的两个方面的新分割。即：高多层板 与低多层板两大市场应用品种的分割；30GHz 以下应用品种与 30GHz 以上应用品种的分割。其二，“一图一表”还体现了:在产品性能水平提高基础上，松下的在热固性树脂型高频 高速覆铜板中，新赋予了它的长期高温介电特性稳定性，导热性两项功能特性。松下的“品种划分新方案”，表达了松下对高频高速基板材料品种及技术发展趋势的新 认识。对我们了解对应细分基板市场，把握各类高频高速基材的品种档次、关键性能，具有很好的借鉴意义。4.3松下高多层板与低多层板两大市场应用品种分割新方案的意义所在松下对应5G多层板细化市场，按性能需求对基材品种作了高频高速电路的“高多层与 低多层应用市场”的应用分割。我们以图 10 可领会它的这种按层数对应基材品种的“应用分割”思想。松下研发者深入领会了具有高频特性的高多层PCB与低多层PCB对基材所要求的关键 性能，作到了精准对应细分化市场的品种分割。笔者认为，松下的这种对位两类高频特性的 多层板的品种分割的创建，是建立在具备了精准对为两类市场需求性能的产品品种的基础上 的。即不仅有像 R5515(芯板)/R5410（半固化片）等品种，可对位毫米波电路的低多层PCB的性能（主要指介电性能）；也要有适合于高频特性高多层PCB加工性要求的基板材料品种， 如 R-5785(GN)等。归结这一品种分割新方案的意义，它在于：（1）“扬其所长”：R5410 具有低传送损失性比 R-5785(GN)等要更好，加工成本更低（笔 者推估它不采用价格昂贵的低Dk玻纤布），在充当毫米波电路天线层基板的基材上，有着更大的优势。（2）“用工派活儿”：尽管 R5515/R5410 在低 CTE 性、高耐热性方面，比 R-5785(GN)、 R-5375(N)、R-5775(N)是略逊一筹，但就它的低层多层板的加工条件，去实现上述 M 系列的低 CTE 性、高耐热性，也是被看作为“性能过剩”。R5410/R5410 与 M 系列的几个品种基材， 在不同层 PCB 制作中各有分工，发挥各自性能上的特长，延续原市场的占据，这实在是松下 的“用工派活儿”的上佳之举，明智之举。（3）“另立门户”：用于低多层板制造的 R5515（芯板）/R5410（PP）与 R5575（芯板） /R5470（PP）两类品种基材，创出了一类独具两种“特殊高频特性”的新系列。“特殊高频 特性”为：高频条件下的插损稳定性、长期高温介电特性稳定性。这种新系列在主树脂组成 上，不同于 M 系列，属于松下高频高速覆铜板系列的“另立门户”。

5.热固性树脂型高频高速覆铜板导热性的提高

赋予热固性树脂型高频高速覆铜板高导热性能，也是此类基板材料发展的新特点之一.对于 5G 通信设备，除了功率有较大的提升，以及设备小型化之外，另外一个新挑战， 是如何实现装置在更小空间里的布局，完成高散热的功能，以减少传送损失。为此，例如像 5G 小型基站 RF 功率放大器、天线装置等都对所用基板材料开始提出高导热性的需求，并且 这种功能需求会在未来将有更大的市场。回顾具有高导热性的高频覆铜板的发展历程，过去多年一直是“清一色”的 PTFE 型覆 铜板所垄断市场，而热固树脂型高频性覆铜板走进此市场，也只是仅三、四年之事。

在2013年左右，雅龙在全球首推出了“填料+PTFE+玻纤布”类的TC350高频覆铜板， 及时应对了高频电路基板要增加散热功能的市场需求。2015年1月，罗杰斯公司收购雅龙 公司后，将TC350作为了一款拳头产品[19]。Taconic（泰康尼）也在2015年推出与TC350性 能相应的PTFE型覆铜板新品（RF-35TC）.在2019年美国IMS展会上，罗杰斯先进互联解决方案事业部推出了高导热低损耗的TC350TM Plus层压板材料。此款“升级换代”的PTFE新品将其导热率性能由TC350的0.72 W/m·K，提高到1.24 W/m·K。起到了“降低结温，降低传输线路损耗，降低热量的产生， 提高放大器和天线的带宽利用率及效率”[18]的作用。松下在2017年在全球CCL业界率先推出一种用于RF功率放大器的多层基板的热固性 无卤素型高频高速覆铜板——R5575。它的“低传输损耗和高导热性，这是在传统覆铜板开 发技术上难以实现的（引自R5575说明书）”[12]。松下在2021年新推出的主要应用于多层 天线基板的R5410新品[11],也赋予了它一定的导热功效。

具有导热性的松下热固性高频高速覆铜板与 Rogers、AGC 具有同类功能的高频基板材料主要性能对比，见表 6 所示。

近一、两年，5G中由于系统多通道的特点，需要降低电路的尺寸，减小基站体积、装 置小型化，射频和数字信号集成化、基板多层化等设计新特点，对基板材料提出了高导热的需求。热固性高频高速覆铜板若进军高频电路基板的市场，特别是在高频性多层板市场中去 替代PTFE基材，就需要赋予它高导热性功能。这已经是热固性高频高速覆铜板在功能扩大、解决基材导热技术上，所面临的新课题，也发展高频高速覆铜板中的一个新趋势。