在高頻高速應(yīng)用(信號(hào)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(hào)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(hào)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 約 4.0 - 4.5,Df 達(dá) 0.02 - 0.03,相比高頻板材(如 Rogers 4350B,Dk 3.66,Df 0.004),信號(hào)傳輸損耗更高。實(shí)測(cè)表明,在 10GHz 頻段,使用普通銅基板會(huì)導(dǎo)致插入損耗增加 3 - 5dB,影響信號(hào)質(zhì)量。
銅基板的結(jié)構(gòu)特性也會(huì)影響信號(hào)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(huì)增大傳輸線特征阻抗(Z0)離散性。我們?cè)诤撩撞ɡ走_(dá)板設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn),因絕緣層厚度公差導(dǎo)致 Z0 波動(dòng)超 ±5Ω,造成信號(hào)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(diǎn)疲勞和微組裝結(jié)構(gòu)失效。尤其在汽車毫米波雷達(dá)這類需長(zhǎng)期經(jīng)受高低溫循環(huán)的場(chǎng)景,若未優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),會(huì)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(hào)性能,導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足指標(biāo)要求。
因此,當(dāng)高頻高速應(yīng)用中功率密度>50W/in3 且信號(hào)頻率<6GHz 時(shí),可考慮采用低損耗銅基板;更高頻率場(chǎng)景建議優(yōu)先選用專業(yè)高頻板材。選型時(shí)需通過仿真驗(yàn)證 Dk/Df、阻抗匹配及散熱效果,并嚴(yán)格控制絕緣層加工精度。