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高頻材料-羅杰斯PCB板材料初探

隨著電子技術(shù)的越來越發(fā)達。電子產(chǎn)品的生產(chǎn)對材料的要求也越來越多，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，不同于常規(guī)的PCB用板材環(huán)氧樹脂，它中間沒有玻纖是以陶瓷基高頻材料。當電路工作頻率在500MHz以上時，設計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計電路，例如網(wǎng)絡匹配，傳輸線的阻抗控制等。由于其低介質(zhì)損耗的特性，在高頻應用中， R04350B材料更具普通電路材料不能匹敵的優(yōu)勢。其介電常數(shù)隨溫度波動性幾乎是同類材料中最低的,在寬頻率范圍內(nèi)，其介電常數(shù)也相當穩(wěn)定3.48，設計推薦值3.66。LoPra™銅箔可降低插入損耗。這使得該材料適用于寬頻應用。

 
羅杰斯PCB板材料陶瓷高頻板材系列分類：

羅杰斯RO3000系列：基于陶瓷填充的PTFE電路材料，羅杰斯型號有：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計的，羅杰斯型號有：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、碳氫化合物、熱固型聚合物的復合材料，羅杰斯型號：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)通過饋線連接。由于高頻化下傳輸損耗風險增大，集成RRU和天饋系統(tǒng)的架構(gòu)方式能夠減少饋線上的信號損失、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20MHz的信道，而1GHz能夠分出50個20MHz的信道）。

由于負載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線效應的影響，電磁波頻率越高，衰減就越厲害，而要實現(xiàn)高頻下的高效傳輸，就要控制信號在收發(fā)和傳輸器件上的損耗，相應承載器件就將從以往普通板材改用高頻板材（如羅杰斯4350），具體來看，終端天線原本采用以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的趨勢日益凸顯，目前蘋果手機已導入LCP，未來LCP材料有望成為主流材料，而以蘋果為例，iPhoneX中單個LCP模組大約為4-5美元/根天線，而傳統(tǒng)的PI天線為0.4美元/根，單位價值量有顯著的提升空間。

基站天線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）或碳氫材料的PCB板（具有非常良好的介電性能），其價格大約為3000-6000元/平方米，普通PCB價格約1900元/平方米，單位價值量提升約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，會將FR4和高頻基材混壓在一起。5G的AAU中高頻交流板對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，由此提升單板價值量。

5G時代構(gòu)建的三大場景（eMBB、mMTC、uRLLC）意味著我們即將走入數(shù)據(jù)爆炸的時代，數(shù)據(jù)量將井噴，根據(jù)信通院報告，隨著2020年5G商用，中國5G連接數(shù)至2025年將達到4.28億，五年復合增速將達到155.61%。數(shù)據(jù)需求井噴倒逼通信設備提升數(shù)據(jù)處理容量，相應PCB板材有望向多層化發(fā)展，價格也相應提升。