高頻材料-羅杰斯PCB板材料初探

隨著電子技術(shù)的越來(lái)越發(fā)達(dá)。電子產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)材料的要求也越來(lái)越多，比如高頻材料。以羅杰斯為例。羅杰斯PCB板材料是Rogers公司生產(chǎn)的一種高頻板材型號(hào)，不同于常規(guī)的PCB用板材環(huán)氧樹(shù)脂，它中間沒(méi)有玻纖是以陶瓷基高頻材料。當(dāng)電路工作頻率在500MHz以上時(shí)，設(shè)計(jì)工程師可選擇的材料范圍就大大減小了。

Rogers RO4350B材料可以讓射頻工程師方便的設(shè)計(jì)電路，例如網(wǎng)絡(luò)匹配，傳輸線(xiàn)的阻抗控制等。由于其低介質(zhì)損耗的特性，在高頻應(yīng)用中， R04350B材料更具普通電路材料不能匹敵的優(yōu)勢(shì)。其介電常數(shù)隨溫度波動(dòng)性幾乎是同類(lèi)材料中最低的,在寬頻率范圍內(nèi)，其介電常數(shù)也相當(dāng)穩(wěn)定3.48，設(shè)計(jì)推薦值3.66。LoPra™銅箔可降低插入損耗。這使得該材料適用于寬頻應(yīng)用。

 
羅杰斯PCB板材料陶瓷高頻板材系列分類(lèi)：

羅杰斯RO3000系列：基于陶瓷填充的PTFE電路材料，羅杰斯型號(hào)有：RO3003、RO3006、RO3010、RO3035高頻層壓板。

羅杰斯RT6000系列：基于陶瓷填充的PTFE電路材料，為需要高介電常數(shù)的電子電路和微波電路而設(shè)計(jì)的，羅杰斯型號(hào)有：RT6006介電常數(shù)6.15，RT6010介電常數(shù)10.2。

羅杰斯TMM系列：基于陶瓷、碳?xì)浠衔?、熱固型聚合物的?fù)合材料，羅杰斯型號(hào)：TMM3 、TMM4、TMM6、TMM10、TMM10i、TMM13i。等等

 
目前全球5G布局加速愈演愈烈。傳統(tǒng)的3G/4G基站分布式架構(gòu)主要可分為BBU、RRU和天饋系統(tǒng)，其中RRU和天饋系統(tǒng)通過(guò)饋線(xiàn)連接。由于高頻化下傳輸損耗風(fēng)險(xiǎn)增大，集成RRU和天饋系統(tǒng)的架構(gòu)方式能夠減少饋線(xiàn)上的信號(hào)損失、提高傳輸效率，高度集成化使得大量的零散部件被PCB板替代，最終使得PCB單位使用量增加。

高頻段倒逼PCB材料高頻化

5G時(shí)代必須利用高頻頻段（3GPP已指定5GNR支持的頻率范圍為450MHz-52.6GHz），其原因在于：

1）經(jīng)歷過(guò)前4代通信技術(shù)的迭代，低頻段的資源已經(jīng)被占用，能用于5G開(kāi)發(fā)的資源已經(jīng)不多；

2）頻率越高，能裝載的信息也就越多，資源也就更豐富，從而也能使得傳輸速率更高（例100MHz中僅能分割出5個(gè)20MHz的信道，而1GHz能夠分出50個(gè)20MHz的信道）。

由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線(xiàn)效應(yīng)的影響，電磁波頻率越高，衰減就越厲害，而要實(shí)現(xiàn)高頻下的高效傳輸，就要控制信號(hào)在收發(fā)和傳輸器件上的損耗，相應(yīng)承載器件就將從以往普通板材改用高頻板材（如羅杰斯4350），具體來(lái)看，終端天線(xiàn)原本采用以PI為主要材料的FPC（柔性電路板），但由于PI的介電常數(shù)（Dk，傳播介質(zhì)阻擋電子的能力）和介電損耗（Df，傳播介質(zhì)消耗電能轉(zhuǎn)為熱能的能力）都較高、從而傳播效率較低，因此用Dk和Df都更低的液晶聚合物（LCP）替代PI的趨勢(shì)日益凸顯，目前蘋(píng)果手機(jī)已導(dǎo)入LCP，未來(lái)LCP材料有望成為主流材料，而以蘋(píng)果為例，iPhoneX中單個(gè)LCP模組大約為4-5美元/根天線(xiàn)，而傳統(tǒng)的PI天線(xiàn)為0.4美元/根，單位價(jià)值量有顯著的提升空間。

基站天線(xiàn)同樣需要用高頻材料（如羅杰斯4350），目前主流的方案是采用聚四氟乙烯（PTFE）或碳?xì)洳牧系腜CB板（具有非常良好的介電性能），其價(jià)格大約為3000-6000元/平方米，普通PCB價(jià)格約1900元/平方米，單位價(jià)值量提升約1.5-3倍3G/4G基站RRU中需要高頻交流板，其中射頻功放板塊的PCB板需要用到高頻材料（如羅杰斯4350），但為了節(jié)約成本，會(huì)將FR4和高頻基材混壓在一起。5G的AAU中高頻交流板對(duì)PCB板材的高頻（如羅杰斯4350）需求將增大，PCB板中的高頻材料使用量將增多，由此提升單板價(jià)值量。

5G時(shí)代構(gòu)建的三大場(chǎng)景（eMBB、mMTC、uRLLC）意味著我們即將走入數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，數(shù)據(jù)量將井噴，根據(jù)信通院報(bào)告，隨著2020年5G商用，中國(guó)5G連接數(shù)至2025年將達(dá)到4.28億，五年復(fù)合增速將達(dá)到155.61%。數(shù)據(jù)需求井噴倒逼通信設(shè)備提升數(shù)據(jù)處理容量，相應(yīng)PCB板材有望向多層化發(fā)展，價(jià)格也相應(yīng)提升。