浅析高频电路设计中铜箔对于电气性能的影响

-DS3搭配ULP铜箔的插损为-0.24dB/10mm，比同频段下搭配STD铜箔的插损低约77%。这不得不使我们考虑如何通过低损耗介质材料（例如TSM-DS3）搭配粗糙度尽可能低的铜箔来降低传输线路的插入损耗。

3.3、不同类型铜箔的对于互调性能的影响

在目前sub-6GHz的基站天线的应用中，对于采用低损耗PTFE材料搭配RTF铜箔来增强互调指标已经得到业界广泛的接受，例如TACONIC的RF-30, RF-30-7H, RF-30A, TLX-8-P搭配RTF铜箔在基站天线市场应用。

图5、TACONIC基站天线材料搭配不同铜箔的互调测试对比

但是对于某些设计窗口窄，互调指标要求苛刻的应用场景，通过采用ULP铜箔来替换RTF铜箔，可以将互调指标由-163dBc(均值)提升到-167dBc(均值)，PCB单元如果能够提升4dB，将有助于提升整体天线的互调指标。

4、不同类型铜箔与介质之间结合力对比

图6、TSM-DS3与不同粗糙度铜箔的剥离强度(不同可靠性测试条件)

在高频设计中，通过使用低粗糙度铜箔的办法来提升产品电气性能的同时，对于低粗糙度铜箔与介质之间结合力能否满足要求的担忧时常被设计师们提及。针对这一顾虑，TACONIC公司通过工艺优化，使ULP铜箔与介质的结合力保持了与STD铜箔相同的水平（如图6所示）。

5、高频应用PCB板材选取－"介质＋铜箔"优选组合

对于高频应用PCB板材的选取，需要综合考量材料介质基础性能指标（Dk,Df, CTE, TcK, 尺寸稳定性，热导系数等）、搭配何种铜箔、可加工性（多层板加工）、稳定性（一致性）、成本等多方面的因素。根据TACONIC公司高频材料的实际应用经验，并按照频率的不同给出最优的解决方案。

5.1、Sub-6GHz

在sub-6GHz的频率下，铜箔对于线路插损的贡献有限。以普通基站天线为例，PCB设计相对简单（层数最多不超过6L，以单、双面板为主），但对于PCB的综合成本比较敏感。TACONIC公司的RF-30A (Dk 2.97, Df0.0012 @ 1.9GHz)和TLX-8-P (Dk2.55, Df 0.0010 @ 1.9GHz)两款材料搭配RTF铜箔均能满足大部分客户的实际需求（包括插损和互调指标）。但如果客户对于插损和互调还需要进一步的提升以满足某些苛刻的指标要求时，上述两款材料均可以搭配ULP铜箔来使用，成本上会有一定的增加。

对于多层天线板而言，低损耗粘接片也必须作为考虑的因素之一，TACONIC公司的fastRise^TM系列粘接片(Dk2.43~2.76, Df: 0.0014@ 10GHz)可以为客户在多层天线板中降低线路插损和维持互调指标上提供帮助。

5.2、Above 6GHz

Above 6GHz的高频PCB设计将会更为复杂，对于"介质损耗"和"铜箔损耗"的要求更高，而且多层板结构趋多，因而对于材料的PCB可加工性以及相关可靠性（金属化过孔）的要求也更高。

针对Above 6GHz的应用，TACONIC公司的TLY-5  (Dk2.2, Df: 0.0009@10GHz)，TLY-5Z (Dk 2.2, Df: 0.0013 @10GHz) 和TSM-DS3 (Dk3.0, Df: 0.0011 @10GHz) 搭配ULP铜箔可以极大的降低线路插入损耗。

从适用频率以及设计的可实现性来讲，TLY-5, TLY-5Z和TSM-DS3搭配ULP铜箔有着各自适用范围：

（1）、"TLY-5+ULP铜箔"可适用于高至77GHz的设计，如果有多层板的结构，层数以不高于6层且PCB板总厚不超过40mil为宜，不适合金属化过孔太多的设计。

（2）、"TLY-5Z+ULP铜箔"适合频率低于30GHz的设计，如果有多层板的结构，层数以不高于12层且PCB板总厚不超过120mil为宜。

（3）、"TSM-DS3+ULP铜箔" 可适用于高至77GHz的设计，并搭配fastRise^TM 系列粘接片制作高频多层线路板，能够应对多次压合（优异的尺寸稳定性）^[4]、密集金属化过孔等复杂的PCB结构。此外TSM-DS3稳定的TcK系数（温飘系数:5.4ppm/C）也是其能在毫米波频段应用的重要指标之一。

6、结语

在高频PCB设计中，对于"介质＋铜箔"组合的选择，除了电气性能最优的原则之外，还应同时考虑PCB可加工性（复杂结构的实现性）和成本等多方面的影响因素，以期找到一个最佳的平衡点。

作者：李俊，高级区域经理，TACONIC泰康利

参考文献

[1] David M.Pozar, Microwave engineering. 4th Edition
[2] Yu Jian Cheng, Xiao Liang Liu, W-Band characterizations of printed circuitboard based on substrate integrated waveguide multi-resonator method, IEEE Transactionson microwave theory and techniques, vol.64 No.2 Feb., 2016.
[3] Chuanan Zhang, Xin Luo, etc. Low cost planar antenna technologies formicrowave backhaul. 2015 IEEE 4th Asia-Pacific Conference on Antennas andPropagation (APCAP).
[4] 杨维生，微波器件高频多层板制造工艺研究，2015春季国际PCB技术/信息论坛。

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