5G技术应用中电路材料选择的考虑

CB板的热塑性材料是聚四氟乙烯（PTFE），可通过各种形式的填料如玻璃纤维或陶瓷材料加固增强。相比热固性材料，PTFE的热塑性材料通常有更好的电气性能，具有较小的电气损耗，但PTFE材料的Z轴热膨胀系数（CTE）都比铜高不少。在制作多层板时，当电路板经过高温时因材料与铜的热膨胀系数不同而发生不同的膨胀导致PTH（Plated Through Hole）过孔的可靠性失效。

选择低热膨胀系数的材料对于高频多层板应用中过孔的可靠性重要性不言而喻。罗杰斯公司研究发现，在PTFE热塑性材料中添加一些特殊的陶瓷填料可改善材料的热膨胀系数。兼具PTFE材料本身具有的低的温度特性和电气特性，这种材料非常适合于高频毫米波多层板的应用。如罗杰斯公司的RO3000^®系列电路板材料，其Z轴的热膨胀系数低至24ppm/°C，仅需使用一个简单的等离子体处理工艺就可完成高可靠性过孔；且它具有极低的介质损耗（RO3003的介质损耗在10GHz时仅为0.001），非常适合于高频多层板的电路设计。

阻抗匹配

高频微波/毫米波多层电路板中过孔设计及加工控制也是需要关注的方面。在过孔的设计和加工中，过孔的大小，孔内铜厚，孔外表层焊盘大小，以及孔与接地面之间的间距等都会对过孔的寄生电容和寄生电感产生影响。从而影响过孔的分布参数，导致整体线路的失配，这种情况在微波/毫米波频段更为明显。在7.3mil罗杰斯RO4350B Lopro^TM覆铜板两面叠合8mil的RO4450F^TM半固化片制作成4层分别包含通孔微带线电路。通过实验我们发现，比较通孔电路，其具有相同的通孔长度和铜厚，但孔径较小和孔焊盘较小的电路具有更小的寄生电容、更好的宽带特性和回波损耗，如图8给出了通过减小通孔孔径和孔焊盘引起的阻抗阶跃变化，从而提高电路回波损耗及射频带宽的实测数据。

a)

b)

c)

图8、通孔阻抗变化对射频性能的影响a)不同通孔设计对阻抗的影响；b）TV10电路的射频性能测试，孔径大；c）TV2电路的射频性能测试，孔径小

总的来说，5G技术的不断发展和对微波频段的需求对于PCB材料的性能提出了更高的要求。根据频率选择合适的板厚，选择损耗因子小的PCB材料，理解PCB材料铜箔表面粗糙度的影响而选取不同铜箔，以及合适的表面处理工艺有利于降低电路的插入损耗。高导热率的PCB材料有利于5G应用中更小尺寸，更高集成度电路的热量管理，实现最佳的散热方案。同时，合适的PCB材料类型，材料的热膨胀系数，过孔加工及可靠性能都将最终决定材料的选型。

作者：罗杰斯公司 技术市场工程师 袁署光

参考文献

[1] E. Hammerstad and O. Jenson, "Accurate modelsof microstrip computer aided design," 1980 MTT-SInternational Microwave Symposium Digest, May 1980,pp. 407-409.
[2] Allen F. Horn, John W. Reynolds, and James C.Rautio, "Conductor Profile Effects on the PropagationConstant of Microstrip Transmission Lines," IEEEMTT-S International Microwave Symposium, 2010.
[3] Allen Horn, III*, John Reynolds*, and JamesRautio+; *Rogers Corporation, +Sonnet software,"Conductor Profile Effects on the Propagation Constant of Microstrip Transmission Lines, IEEE MTT-S, 2010.
[4] John Coonrod and Allen F. Horn III, "High Frequency Circuit Materials With Increased Thermal Conductivity," High-Frequency Electronics, Vol. 9, No.11, November 2010.
[5] Brian C. Wadell, "Transmission Line DesignHandbook," Artech House, Norwood, MA, 1991, p. 99.