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    銅基板能否用于高頻高速應(yīng)用?分析來了

    2025
    06/25
    本篇文章來自
    捷多邦

    在高頻高速應(yīng)用(信號頻率>1GHz)中,銅基板的應(yīng)用需綜合考量電氣性能與散熱需求。其高導(dǎo)熱特性(銅導(dǎo)熱系數(shù) 398W/mK)能有效降低功率器件溫度,在 5G 基站功放這類大功率高頻模塊中,相比傳統(tǒng) FR-4 板材,可使晶體管結(jié)溫降低 15 - 20℃,提升可靠性。但高頻信號傳輸特性帶來新挑戰(zhàn)。


    介電常數(shù)(Dk)和介質(zhì)損耗角正切(Df)是決定信號完整性的關(guān)鍵參數(shù)。銅基板絕緣層常用的環(huán)氧樹脂材料,Dk 4.0 - 4.5Df 0.02 - 0.03,相比高頻板材(如 Rogers 4350B,Dk 3.66Df 0.004),信號傳輸損耗更高。實測表明,在 10GHz 頻段,使用普通銅基板會導(dǎo)致插入損耗增加 3 - 5dB,影響信號質(zhì)量。

     

    銅基板的結(jié)構(gòu)特性也會影響信號傳輸。其金屬基層(通常為銅或鋁)形成的鏡像平面雖有助于屏蔽干擾,但因絕緣層較厚(0.2 - 1mm),會增大傳輸線特征阻抗(Z0)離散性。我們曾在毫米波雷達板設(shè)計中發(fā)現(xiàn),因絕緣層厚度公差導(dǎo)致 Z0 波動超 ±5Ω,造成信號反射加劇。


    熱膨脹系數(shù)(CTE)在高頻高速應(yīng)用中同樣關(guān)鍵。銅(17ppm/℃)與芯片、高頻板材的 CTE 差異,可能導(dǎo)致焊點疲勞和微組裝結(jié)構(gòu)失效。尤其在汽車毫米波雷達這類需長期經(jīng)受高低溫循環(huán)的場景,若未優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計,會縮短產(chǎn)品壽命。

     

    成本方面,適配高頻的銅基板需采用低 Dk/Df 絕緣材料(如聚四氟乙烯填充),成本較普通銅基板增加 3 - 5 倍,且加工難度大,需激光鉆孔和精密蝕刻工藝。常見誤區(qū)是僅關(guān)注散熱而忽視信號性能,導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足指標要求。


    因此,當高頻高速應(yīng)用中功率密度>50W/in3 且信號頻率<6GHz 時,可考慮采用低損耗銅基板;更高頻率場景建議優(yōu)先選用專業(yè)高頻板材。選型時需通過仿真驗證 Dk/Df、阻抗匹配及散熱效果,并嚴格控制絕緣層加工精度。

     


    the end