AI大潮下通讯基板材料的普遍适用性(下)

本篇文章从5G材料的应用角度展望了基板材料在AI浪潮下面临的新机遇与挑战。在上期的分享中，我们深入分析了通讯基板材料的广泛适用性，并探讨了PPO树脂改性的高速基板材料如何逐渐展现出更强的市场竞争力。本期，我们将继续对新材料展开深入讨论。

P

art 02.

通讯基板材料的

“普遍适用性”

2.4

“他山之玉可以攻石”之

Low Dk/Df的努力（局部观）

玻璃纤维的发现，为现代电子电路产品的升级提供了显而易见的功能支持。中国“撒哈拉”大沙漠的“去沙漠化”治理，借鉴了建筑行业使用钢筋加混凝土的“固基稳架”技术。同样，近现代电子电路基板材料的蓬勃发展也依赖于玻璃纤维布增强技术。

如图34所示，玻纤家族中既包括“默默奉献、尽心尽力”的E-glass，它因优良的可用性和性价比而成为材料低成本化的选择；也有“后来居上、居功至伟”的日东纺NE玻纤，为现代通讯需求中的低介电常数（Low Dk）/低介电损耗（Df）基板材料提供了颇具竞争力的解决方案，尽管在成本方面可能会有所考量。

图34 关于通讯基板材料特性的全景关注点罗列（此处引用求关注于“玻布”）

2.4.1 传统本分之玻布迭代提升者

（1）日东纺

图35 “日东纺”荣誉产品——NE玻纤

图36 “日东纺”运用于电路板之玻纤详情

（2）旭化成

除了“如此这般”之日东纺解决方案，尚有如下图37之日本旭化成公司（貌似其DRY FILM产品，也是“可圈可点”），致力于服务电子电路基板材料。

图37“旭化成”运用于电路板之玻纤

“登堂入室”，旭化成公司吸引了大量关于“管道”的数据和图表，这些信息纷至沓来，令人目不暇接，清晰明了，如下图38所示。

图38 “旭化成”运用于电路板之玻纤

详见下图39，这里并非“乏善可陈”，而是亮点纷呈。最底部一排的图像具有独特的特点，堪称“独辟蹊径”，形象生动，信息表达也十分明确。

图39 “旭化成”运用于电路板之现货玻纤产品一览

（3）宏和电子材料科技

回归国内，业界“有识之士”努力开拓，致力于“尽善尽美”改善玻布之印制电路基板设计性能指标达成之可满足性。

宏和电子材料科技有限公司之产品的不断创新，恰如一抹新绿，给业界同仁多了一个了解玻布性能提升的窗口。

图40 “宏和”运用于电路板之玻布技术展示

图41 “宏和电子材料科技有限公司”之玻布技术运用

2.4.2 石英玻纤之不一样的云彩

（1）信越

下图44给出的就是这个领域的“拓荒者”之一：信越。

图42 “信越公司”之石英玻布技术运用场景及性能特点展示

渐入佳境，进一步了解，以飨读者。

图43 “信越公司”之石英玻布技术图表详情阐述

（2）神玖

石英纤维复合材料由于气孔率较高，并且易吸潮，因此对该材料必须进行防潮处理。此外，因为水是一种无所不在的东西，透波材料吸附空气中的水分后，介电常数增加，介电损耗增大，导致电磁波的透过率下降。最终，吸潮对石英纤维增强复合材料的介电性能影响很大，随着吸潮率的提高，材料的介电常数和介电损耗会急剧上升。

2.5

“皇帝的新衣”之

铜箔“实力派”助攻

岁月长河，漫漫征程行路难！有多少英雄豪杰“折戟沉沙铁未销”……

随着开篇“言而有信”，非“空洞无物”之举国机制之5G基站的广泛建设，为提升国民的驾车“智慧”、“智能化”出行，提供了“触手可及”的解决方案。

毋庸讳言，“浩如烟海”“林林总总”“各领风骚”的通讯用基板材料，谁可以“突破重围”“不辱使命”“堪当重任”，真可谓“众里寻他千百度”，蓦然回首，那材料却在灯火阑珊处——RO3003基板材料。

众所周知，随着应用场景的深入，RO3003G2隆重推出，所谓何来，当然了，通过高性能铜箔的加持，给产品再上一个等级。

图44 高性能铜箔如是说（来源：华正新材）

点解，如此这般“万千宠爱集一身”？因为其独特设计之非玻纤增强之CERAMIC填充PTFE树脂基板体系。

明白人皆清楚其个中缘由，因为没有了所谓“玻纤布编织效应”（高频信号传输性能指标之“相位一致性”实现之大忌）。

话分两头，在电路材料中通常也会通过添加玻璃布来增加材料的结构强度，这样有助于提高材料的机械稳定性。但是电路材料中的玻璃布会影响该材料的介电常数（Dk）随着位置的变化。这种Dk的变化是由玻璃布特有的物理交织结构造成的，发生在非常小的区域且以周期性的方式呈现。

也就是说，玻璃布中玻璃纤维编织形的交叠处及小的开口空隙区域的Dk值会有不同，如下页图45示例。

通常，玻璃布或玻璃纤维的Dk约为6，而开口空隙区域的Dk由材料树脂体系的Dk值决定，比如3。当存在两束玻璃纤维相互交叠时，此时的Dk值最大；而开口空隙区域没有玻璃纤维的存在，此时的Dk最小；仅有单束玻璃纤维是Dk值居中。

图45 “玻纤编织效应”之介电常数Dk发布不均情况展示

当含有此类玻璃布的通讯用基板材料，仅仅是应用于较低频率时，由于信号波长较长，几乎对电路性能不会造成影响。而当材料应用于高频毫米波频率时，电路性能就会受到一定的影响。

以介电常数Dk为3.0、厚度5mil的电路材料为例，当材料应用于77GHz毫米波电路时，所设计的50欧姆微带线的宽度是12mil。

业界人士“心知肚明”，在常见电路基板材料中，大于12mil的玻璃布的交叠与空隙开口是非常常见的。

如此这般，在实际电路中，如图48左所示，当微带线分别处于玻璃纤维束或空隙上方时，由于Dk的不同此时同一设计的不同电路的阻抗就存在一定差异，从而影响电路的一致性；同样，即使处于图48右所示情况，Dk也存在周期的变化，导致同一微带线电路的阻抗也会周期的变化，进而影响电路的相位，影响系统的一致性。

正因为玻璃布带来的这种高频的玻纤效应，为了尽可能减小这种影响，在考虑应用于如77GHz汽车毫米波雷达的材料时，应选择不含有玻璃布的电路材料。譬如，前面所提及的来着Rogers公司的RO3003基板材料。

图46 “玻纤编织效应”之信号传输路径下介质Dk发布不均情况展示

随着6G高频讯号传递的“趋肤效应”日益凸显，越来越多的通讯基板材料需要满足“低粗糙度”铜箔的设计要求。

图47 高频通讯下“趋肤效应”之“信号频率”对应“趋肤深度”指标要求

为了给大家一个相当更为直观清晰的指标要求，下图48提供了一张“信号传输频率”与“趋肤深度”的对应表。

从表中，明明白白可以看出：当信号传输频率达到5GHz时，信号传输的“趋肤深度”为0.93微米。换言之，此等情况下，对于满足设计需求之通讯基板的表面铜箔“粗糙度”，必须小于1微米。

如此这般，相对应的对于普通的THE铜箔，只能用在低频电路基材上；低轮廓度的RTF铜箔，可以用在10GHz以下的高频基板材料上；对于更高的频率要求的基材，则只能使用超低轮廓度的铜箔（曾经交流中遇到的一位法国同行，“底气十足”、“声如洪钟”、“理直气壮”声称必须选择“No profile Copper Foil”）。

图48 信号传输频率和与之对应的趋肤深度（反应出铜箔粗糙度要求）一览表

众所周知，材料所使用铜箔的表面粗糙度对会对电路的介电常数产生影响。由于铜箔表面粗糙度的存在，使得电磁波在电路中的传播速度变慢，相对于非常光滑的铜箔表面，其形成了慢波效应，从而使得电路所呈现的介电常数增加。越粗糙的铜箔表面使电路所呈现出的介电常数越大，而越光滑的铜箔表面的电路介电常数越小。同时，不同厚度的材料，即使选用相同铜箔，越薄的材料上铜箔表面粗糙度对电路介电常数的影响越大，而越厚的材料其影响越小。

下图49就显示了基于相同铜箔下的RO3003TM材料，不同材料厚度所呈现出的不同的电路介电常数（设计Dk）值。

图49 相同铜箔材料不同厚度的电路介电常数（设计Dk）

大多数的PCB基材都会压合几种不同形式的铜箔，如标准电解铜（Electro Deposited copper），反转铜（Reverse Treated copper）或压延铜（Rolled copper）。标准ED铜是通过电解的方式，在钛鼓上逐渐电解沉积成不同厚度的铜箔，通常与钛鼓接触面较为光滑，而电解液面较为粗糙。RT铜箔也属于电解铜，只是将与钛鼓面相接触铜箔表面经过处理后与基材压合形成。压延铜箔是通过辊轧机碾压铜块而得，连续的辊轴碾压可以得到厚度一致性很好且表面光滑的铜箔。

由于现实的铜箔生产工艺，铜箔的表面粗糙度值不可能固定不变的，铜箔表面形态总是以不同的高低起伏展现，如图50所示。因此对于任何铜箔类型，铜箔的粗糙度都存在一定的变化范围。对于射频微波应用，Rq或者RMS（均方根）值通常被认为较合理的铜箔粗糙度表征方式。对于RO3003TM材料的ED铜箔，其典型的铜箔表面粗糙度的RMS值是 2.0μm，铜箔粗糙度变化的典型值约为0.25μm。越光滑的铜箔其粗糙度变化的值也就越小。

图50 铜箔表面形态图及不同铜箔粗糙度容差

接下来，由于通讯基板材料表面铜箔选择，走上“越来越低”之“粗糙度”的“必由之路”，对于电路板成功制造及产品最终可靠性保证而言，无疑是面临着“前所未有”之巨大挑战。

有道是“天无绝人之路”，具体可行的方法也是林林总总，其加持效果及实战经验，接下来加以粗略分享。

（1）有机硅偶联剂

关于“有机硅偶联剂”，实际是“在下”上个世纪80年代学业上的“术业有专攻”。遥想当年，为国防事业做过“力所能及”的很大贡献。

图51 关于偶联剂的知识

图52 偶联剂发挥作用之原理及注意点

图53 偶联剂使用不当所导致的电路时效原理

图54 偶联剂提升光滑铜箔附着力的措施解读

（2）附着力促进剂

随着现代通讯，传输速率的不断提升，对信号传输载体之铜箔的表面轮廓度，或者称之为铜箔的所谓“粗糙度”，提出了越来越高的要求。

本人春节前有幸出席并大会进行了报告演讲。通过交流，对未来已来之铜箔表面轮廓度要求，有了一个更为直观的了解。这里，给出德福科技的铜箔系列产品，“窥斑见豹”，以飨读者。

图55 德福科技VLP/HVLP铜箔产品形态及指标展示

如此这般，引出下面这节之“铜箔附着力增强剂”。

图56 附着力促进剂初认识

图57 附着力增强剂应具备的条件及界面作用力

（3）大金公司PFA膜

作为世界著名企业，大金公司不仅有“享誉中外”的空调设备；还有“鲜为人知”的PTFE系列产品。公司PFA膜产品，不失为一种增强铜箔结合力的不需“伤筋动骨”的解决方案，见图58。

图58 大金公司针对导体损耗和介质损耗的解读

（4）有机键合剂

作为一个资深的PCB上下游产业链人士，一辈子大部分时间，“躬身入局”，个中的经验或诀窍，可谓是“信手拈来”。

众所周知，为了提升多层印制电路板的层间结合力，以“麦德美”公司为代表的企业，当然了“安美特”公司也挺牛。也就是所谓：黑膜氧化工艺、棕化工艺、白棕化工艺。

作为一家国内的药水企业，东硕，也业已深耕此领域多年，小有收获，为业界提供了其独特的解决方案。详见下述图59截图。

图59 东硕公司针对铜箔附着力提升的“键合剂”简介

2.6

“无所不能”之

陶瓷的“神来之笔”

纵观当今全球覆铜板产业，陶瓷填充物以其“无处不在”、“功能多样”的特点展现出“小中见大”的潜力，承载着“承先启后、继往开来”的使命，持续发扬其卓越的功效。

图60 高性能陶瓷之选用（来源：华正新材）

下图61隆重推出来自大咖公司，数十年前给出并总结出的来自“Ceramic”的著名之“3+1”大功效，罗列在此，聊表敬意。

图61 针对Ceramic之功能展示

在探讨陶瓷粉的“与生俱来”和“天生丽质难自弃”的特性时，我们注意到“鼎鼎大名”的R公司在微波高频基板的研发和迭代过程中面临一个不可忽视的挑战：尽管所选材料具备优异的性能指标，但却缺乏电路板所需的可加工性。这也正是本文所要探讨的主题，即“勤能补拙”。

通过引入来自3M公司的空心球陶瓷，R公司成功克服了材料在Z轴方向上的热膨胀系数（CTE）问题，有效地弥补了材料的不足，实在是功不可没。

图62 著名R公司借助空心球Ceramic解决产品可加工性问题

图63 前述R公司产品Z轴CTE指标之巨幅改善数据

随着市场的不断细分与发展，国内涌现出众多优秀的供应商，能够满足当前及未来通信基板材料的需求。

在“未来已来”的AI浪潮中，基板材料的需求也进入了一个新阶段，其中陶瓷材料将发挥至关重要的作用。以圣莱特公司的空心玻璃微珠为例，它们在提升5G通信基板材料的介电性能方面展现出了显著的效果。这无疑证明了陶瓷材料在这一领域的潜力和重要性。

图64 圣莱特空心玻璃微珠对5G通讯材料的作用

图65 圣莱特空心玻璃微珠对5G通讯基板材料介电性能的提升

未完待续