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铜基板能否用于高频高速应用?分析来了

2025
06/25
本篇文章来自
捷多邦

在高频高速应用(信号频率>1GHz)中,铜基板的应用需综合考量电气性能与散热需求。其高导热特性(铜导热系数 398W/mK)能有效降低功率器件温度,在 5G 基站功放这类大功率高频模块中,相比传统 FR-4 板材,可使晶体管结温降低 15 - 20℃,提升可靠性。但高频信号传输特性带来新挑战。


介电常数(Dk)和介质损耗角正切(Df)是决定信号完整性的关键参数。铜基板绝缘层常用的环氧树脂材料,Dk 4.0 - 4.5Df 0.02 - 0.03,相比高频板材(如 Rogers 4350BDk 3.66Df 0.004),信号传输损耗更高。实测表明,在 10GHz 频段,使用普通铜基板会导致插入损耗增加 3 - 5dB,影响信号质量。

 

铜基板的结构特性也会影响信号传输。其金属基层(通常为铜或铝)形成的镜像平面虽有助于屏蔽干扰,但因绝缘层较厚(0.2 - 1mm),会增大传输线特征阻抗(Z0)离散性。我们曾在毫米波雷达板设计中发现,因绝缘层厚度公差导致 Z0 波动超 ±5Ω,造成信号反射加剧。


热膨胀系数(CTE)在高频高速应用中同样关键。铜(17ppm/℃)与芯片、高频板材的 CTE 差异,可能导致焊点疲劳和微组装结构失效。尤其在汽车毫米波雷达这类需长期经受高低温循环的场景,若未优化结构设计,会缩短产品寿命。

 

成本方面,适配高频的铜基板需采用低 Dk/Df 绝缘材料(如聚四氟乙烯填充),成本较普通铜基板增加 3 - 5 倍,且加工难度大,需激光钻孔和精密蚀刻工艺。常见误区是仅关注散热而忽视信号性能,导致产品无法满足指标要求。


因此,当高频高速应用中功率密度>50W/in3 且信号频率<6GHz 时,可考虑采用低损耗铜基板;更高频率场景建议优先选用专业高频板材。选型时需通过仿真验证 Dk/Df、阻抗匹配及散热效果,并严格控制绝缘层加工精度。

 


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