浅析“热塑性”和“热固性”线路板材料的差异

时间： 2019-09-05 来源：Rogers

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微波电路板材,4350B 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI,RO3000,435OB 24.25X18.25 5E/5E 0066+-0007/DI

高温处理通常是高频线路板加工制造的重要环节。从开始形成的电介质半固化片到覆铜层压板，以及最终加工成型的电路元件，印刷电路板（PCB）材料的制作过程都需要加热。热塑性和热固性两种类型的复合材料通常用于印刷电路板的介电层，或者作为粘合剂用于制造覆铜板，它们各自具有自己的特征和特性。但它们有什么不同？两种材料之间各有什么优点和缺点？如何在两种材料之间进行选择？

热塑性和热固性材料都需要在高温下都进行处理。热塑性材料通常是刚性或呈现硬化状态，但随着温度升高接近熔点材料会慢慢变软。热塑性材料可用填料来做增强，如玻璃纤维或陶瓷材料。一种众所周知的用于高频PCB板的热塑性材料是聚四氟乙烯（PTFE），其通常通过各种形式的填料加固增强。

热固性材料变硬过程是热化学反应的结果，例如，将两种环氧树脂混合在一起时会发生化学反应，材料会变硬。由于它们开始时是软的或液态的，所以热固性材料可以与填充材料可以通过一个简单的过程混合相达到增强的目的。但是一旦硬化或固化，热固性材料通常比热塑性材料更硬。热固性材料硬化过程是不可逆的热化学反应过程，它不能像热塑性材料那样再次融化。热塑性材料在常温下是稳定的，但热固性材料在固化之前的保质期是有限的。

热塑性材料，例如基于聚四氟乙烯（PTFE）的线路板，与铜相比它的热膨胀系数（CTE）较高，早期被认为是很难进行金属化过孔处理的。通常情况下，热塑性材料的金属化过孔需要采用特殊的化学工艺处理通孔孔壁，以在电镀液与热塑性聚四氟乙烯（PTFE）之间形成足够强的粘连。与此相反，热固性材料具有的热膨胀系数（CTE）在数值上与铜的热膨胀系数（CTE）更接近。在准备金属化过孔时，允许使用标准的过孔加工工艺。

或许对PCB来说，描述热塑性和热固性材料之间差异最简单的方法是：热塑性材料能提供更好的电气性能，但不足之处是需要更复杂的加工制造工艺；热固性PCB材料更容易加工制造，但通常性能略低。

热塑性材料与热固性材料相比，通常具有较小的电气损耗。另外，随着时间推移和温度不断升高，热塑性材料电性能变化相对于热固性材料要小。而热固性材料会随时间氧化。氧化过程可导致印刷电路板材料的介电常数（DK）和损耗因子（DF）发生变化，并导致射频/微波频率等性能产生潜在的变化。

通过不断研究和改进，罗杰斯公司的科学家们，同时提高了热塑性和热固性材料在PCB中的性能。通过添加合适填充材料，无论电气性能还是机械性能都有很大幅度提高。举一个例子，RO3000系列线路板材料是热塑性陶瓷填充聚四氟乙烯（PTFE）复合材料，介电常数（DK）值可从3.0到10.2。作为热塑性材料，它受时间和温度影响较小，有着非常稳定的电气性能及机械性能，具有较低的介电常数温度系数（TCDk）。这相对于早期基于聚四氟乙烯（PTFE）的热塑性线路板材料是一个巨大的改进。早期基于聚四氟乙烯（PTFE）Z轴热膨胀系数（CTE）在300 ppm /℃甚至更高。

尽管RO3003线路板材料是基于聚四氟乙烯（PTFE）适用于微波频率的低损耗板材，但该材料并不受聚四氟乙烯（PTFE）典型高膨胀系数(CTE)的困扰。它采用了特殊的陶瓷填充材料，膨胀系数(CTE)显著减小至24ppm /℃以下，基本上与铜的膨胀系数(CTE)17ppm /℃相当。此外，虽然大多数热塑性线路板材料在做金属化过孔之前，需要经过特殊的化学工艺处理，但RO3003热塑性线路板材料仅需使用一个简单可靠的等离子体处理工艺就可完成高可靠性过孔。

同时，通过实验不断完善，罗杰斯研发出了一款基于热固性材料的RO4835线路板。特殊陶瓷填充的线路板材料具有比传统热固性材料高得多的抗氧化性能，它是一种高性能的高频应用材料。因为它并非基于聚四氟乙烯（PTFE），所以不需要特殊的工艺准备（如钠蚀），直接使用电镀方法就可以完成可靠的金属化过孔。该材料同时兼容RoHS标准和无铅焊接工艺。与那些使用FR-4的线路板材料一样，它不但支持低成本的制造工艺，还同时兼顾卓越的射频/微波电气性能。

与热塑性材料相比，尽管热固性材料不具有低电气损耗优势，但RO4835热固性材料具有较低的介电损耗，使其能够应用于500 MHz以上的低成本电路。它在10 GHz频率下Z轴介电常数为3.48，并且保证±0.05的公差。RO4835层压板的金属化过孔可以使用标准的加工工艺来完成，因为该材料实现了Z轴31ppm /℃的膨胀系数(CTE)，基本上与铜的膨胀系数(CTE)17ppm /℃接近。

RO4835线路板材料的成功是基于罗杰斯公司另一款热固性材料RO4350B™材料。RO4350B线路板材料符合RoHS标准，现已成为工程师设计大功率、高频率放大器的不错之选。RO4350B层压板是一款非聚四氟乙烯（PTFE）的刚性热固性材料。它可以在长时间内，甚至在高温下实现优异的射频/微波性能。具有优良的热传导性和机械热稳定性，可稳定可靠的在功率放大器等各类超高功率的射频电路上使用。RO4835和RO4350B热固性材料在室温下保持刚性稳定，具备易于加工的优点，其采用的制造加工方法通常与FR-4材料相同。

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terrydl Lv9. 科学家 2019-09-05

学习了
古月工 Lv8. 研究员 2018-12-18

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乱舞春秋 Lv5. 技术专家 2018-01-25

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Tiger.Hu Lv7. 资深专家 2018-01-17

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用户18284414 Lv3. 高级工程师 2018-01-15

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用户18396822 Lv8 2018-01-02

很好
游来游去 Lv8. 研究员 2017-12-22

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小迪 Lv4. 资深工程师 2017-11-17

值得推荐
每天学习一点点儿 Lv9. 科学家 2017-11-01

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NASA911 Lv8. 研究员 2017-10-26

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18