为什么传统FR-4 PCB在高频下会失效

标准FR-4几十年来一直是电子行业的支柱。然而，随着信号频率跨越GHz和毫米波（mmWave）频谱——现代5G（6 GHz和毫米波）、ADAS雷达（77 GHz）以及高速数据传输中常见——其基本材料特性变得严重。

介电常数（Dk）和损耗切线（Df）的关键作用

PCB基板在高频下的性能主要受两个关键参数决定：介电常数（Dk或εr）以及耗散因子（Df或tan δ）.

• 介电常数（Dk）：这个数值会影响信号速度和传输线的阻抗。在你的工作频率和温度范围内保持稳定的Dk对于稳定的性能是不可妥协的。FR-4的Dk不仅相对较高（~4.2-4.5），还会随频率和环境条件变化，导致阻抗和信号相位失真不可预测。
• 耗散因子（Df/损耗切线）：测量介电材料中固有的信号损失（衰减）。FR-4的Df（通常为0.015-0.025）对于灵敏高频应用来说过高。随着频率的增加，介电损耗也相应增加，严重限制信号范围和完整性。

导体损失与表皮效应

在高频下，电流主要流经导体的外表面——这一现象被称为皮肤效应.这提高了铜线路的有效电阻。层压板上铜箔的粗糙度加剧了这种损失，因为电子被迫走更长且效率较低的路径。虽然这是一个根本性挑战，但管理它需要专用的低矮铜箔和超越标准FR-4工艺的精密蚀刻能力。

高频PCB解决方案：材料与精密制造

克服这些挑战需要双管齐下：选择先进的基底，并与具备极高精度的制造商合作。

选择合适的高频材料

目标是选择具有低且稳定的Dk以及超低Df.常见的高性能材料家族包括：

1. 基于PTFE的层压材料（例如，Rogers RO4000，Taconic® TLY®）：非常适合核心射频功能。例如，Rogers RO4350B提供稳定的Dk 3.48和非常低的Df 0.0037，使其成为功率放大器和天线馈源的热门选择。
2. 陶瓷填充碳氢化合物热固性器（例如，Rogers RO3000，Isola® Astra MT77）：在电气性能和制造成本上保持极佳平衡，通常成本低于纯PTFE。它们的Dk和Df值稳定在0.002以下。
3. 极端需求的专用材料：对于需要极致热管理的应用，如高功率射频模块，陶瓷基材（Al₂O₃，AlN）的热导率是FR-4的10-200倍。

Jerico的材料专长：我们直接与领先的材料供应商合作。我们的工程师会与您合作，为您的应用选择最优的性价比材料，无论是Rogers、Taconic、Isola还是其他品牌，确保您避免过高或过低的规格。

实现精确阻抗控制：制造业的必然性

如果制造的PCB与设计阻抗不匹配，使用低损耗材料是徒劳的。严格的阻抗控制（例如50Ω±5%）对于防止信号反射至关重要。

在Jerico，我们通过先进的工艺和严格的流程控制实现了这一点：

• 激光直接成像（LDI）：为了获得更优越的图案精度和更细腻的轨迹定义，这对于稳定的高频性能至关重要。
• 高级蚀刻与电镀控制：精确管理痕迹几何形状（宽度、厚度、侧壁轮廓），以保持设计的横截面积。
• 流程纪律：我们控制每一个变量——从层压厚度到层压压力——确保介电高度和导体几何形状符合微米级公差。我们对高频板的标准能力是阻抗控制控制在±5%满足IPC第三类和汽车（IATF 16949）应用的严格要求。

应用特定解决方案与Jerico的综合方法

不同的应用带来了独特的挑战。下表概述了集成PCB技术如何满足这些需求。

为什么选择与Jerico合作打造您的高频PCBs产品

高频设计的成功不仅需要供应商;它需要一个具备深厚制造专业知识的技术合作伙伴。