【产品】5G时代的高频板材初探——罗杰斯PCB板

时间： 2019-12-10 来源：捷多邦

技术问答

随着电子技术的越来越发达。电子产品的生产对材料的要求也越来越多，比如高频材料。以罗杰斯为例，罗杰斯PCB板材料是ROGERS公司生产的一种高频板材型号，不同于常规的PCB用板材环氧树脂，它中间没有玻纤是以陶瓷基高频材料。当电路工作频率在500MHz以上时，设计工程师可选择的材料范围就大大减小了。

Rogers RO4350B材料可以让射频工程师方便的设计电路，例如网络匹配，传输线的阻抗控制等。由于其低介质损耗的特性，在高频应用中， R04350B材料更具普通电路材料不能匹敌的优势。其介电常数随温度波动性几乎是同类材料中最低的,在宽频率范围内，其介电常数也相当稳定3.48，设计推荐值3.66。LoPra™铜箔可降低插入损耗。这使得该材料适用于宽频应用。

罗杰斯PCB板材料陶瓷高频板材系列分类：

罗杰斯RO3000系列：基于陶瓷填充的PTFE电路材料，罗杰斯型号有：RO3003、RO3006、RO3010、RO3035高频层压板。

罗杰斯RT6000系列：基于陶瓷填充的PTFE电路材料，为需要高介电常数的电子电路和微波电路而设计的，罗杰斯型号有：RT6006介电常数6.15，RT6010介电常数10.2。

罗杰斯TMM系列：基于陶瓷、碳氢化合物、热固型聚合物的复合材料，罗杰斯型号：TMM3 、TMM4、TMM6、TMM10、TMM10i、TMM13i。等等

目前全球5G布局加速愈演愈烈。传统的3G/4G基站分布式架构主要可分为BBU、RRU和天馈系统，其中RRU和天馈系统通过馈线连接。由于高频化下传输损耗风险增大，集成RRU和天馈系统的架构方式能够减少馈线上的信号损失、提高传输效率，高度集成化使得大量的零散部件被PCB板替代，最终使得PCB单位使用量增加。

高频段倒逼PCB材料高频化

5G时代必须利用高频频段（3GPP已指定5GNR支持的频率范围为450MHz-52.6GHz），其原因在于：

1）经历过前4代通信技术的迭代，低频段的资源已经被占用，能用于5G开发的资源已经不多；

2）频率越高，能装载的信息也就越多，资源也就更丰富，从而也能使得传输速率更高（例100MHz中仅能分割出5个20MHz的信道，而1GHz能够分出50个20MHz的信道）。

由于负载产生的共振现象和传输线效应的影响，电磁波频率越高，衰减就越厉害，而要实现高频下的高效传输，就要控制信号在收发和传输器件上的损耗，相应承载器件就将从以往普通板材改用高频板材（如罗杰斯4350），具体来看，终端天线原本采用以PI为主要材料的FPC（柔性电路板），但由于PI的介电常数（Dk，传播介质阻挡电子的能力）和介电损耗（Df，传播介质消耗电能转为热能的能力）都较高、从而传播效率较低，因此用Dk和Df都更低的液晶聚合物（LCP）替代PI的趋势日益凸显，目前苹果手机已导入LCP，未来LCP材料有望成为主流材料，而以苹果为例，iPhoneX中单个LCP模组大约为4-5美元/根天线，而传统的PI天线为0.4美元/根，单位价值量有显著的提升空间。

基站天线同样需要用高频材料（如罗杰斯4350），目前主流的方案是采用聚四氟乙烯（PTFE）或碳氢材料的PCB板（具有非常良好的介电性能），其价格大约为3000-6000元/平方米，普通PCB价格约1900元/平方米，单位价值量提升约1.5-3倍3G/4G基站RRU中需要高频交流板，其中射频功放板块的PCB板需要用到高频材料（如罗杰斯4350），但为了节约成本，会将FR4和高频基材混压在一起。5G的AAU中高频交流板对PCB板材的高频（如罗杰斯4350）需求将增大，PCB板中的高频材料使用量将增多，由此提升单板价值量。

5G时代构建的三大场景（eMBB、mMTC、uRLLC）意味着我们即将走入数据爆炸的时代，数据量将井喷，根据信通院报告，随着2020年5G商用，中国5G连接数至2025年将达到4.28亿，五年复合增速将达到155.61%。数据需求井喷倒逼通信设备提升数据处理容量，相应PCB板材有望向多层化发展，价格也相应提升。