特性 構成高速傳輸電路板的絕緣材料和低介電結合片所需的“低介電損耗因數”和“低介電損耗因數”

要求電路基板絕緣材料的低介電特性

在選擇用於高速傳輸的電路板的絕緣材料時，最重要的規格是“介電常數 （Dk）”和“介電損耗角正切 （Df）”。

簡單地說，介電常數是表示“電力難以通過”的數值。玻璃和塑料等與金屬相比，是很難通電的物質，所以介電常數會變高。更準確地說，介電常數是一個物理性質值，它指示物質在電場作用下電極化的程度。

相對介電常數是材料介電常數的常用數值。相對介電常數表示真空介電常數為1時物質介電常數的相對值。例如，空氣的相對介電常數約為1、橡膠為2、水為80、作為電容器材料的鈦酸鋇為5000。相對介電常數越低，信號傳播的速度越快，電信號在導體中的傳播速度由以下公式表示:。

另一個重要的項目是介電正切，它表示電介質中電能損失的程度。值越小，損耗越小，也就意味著容易導電。在FPC等中使用的零件材料中，介電正切越大，吸收的電能越多，信號傳輸效率越低，頻率越高，這種現象就越嚴重。

電路板中信號傳播時的介電損耗和傳輸損耗由以下公式表示。此公式表明，介電常數、介電相切具有顯著影響。換句話說，對於使用高頻的器件，這意味著選擇具有低介電特性的材料非常重要。

​液晶聚合物 FPC 在高速傳輸方面的弱點

用作電路板的 FPC 也必須採用相應的材料，以防止高速信號的丟失和衰減。以下是用於智慧手機和其他設備的多層FPC（3層或以上導電層）的橫截面圖。在最外層放置了大面積的銅層，銅 （Cu） 電路，電信號在中心通過，絕緣材料（聚醯亞胺樹脂 （PI） 和粘合片）位於電路內部。在實踐中，使用雙面銅箔的雙面 CCL（覆銅板）和單面 CCL 作為起始材料，併為每個 CCL 形成電路。這兩者用粘合片粘合，形成圖中所示的結構。

聚醯亞胺的物理特性具有高介電常數和介電損耗角正切，而傳統 FPC 在高頻元件上具有高信號延遲和損耗。聚醯亞胺還存在容易從空氣中吸收水分（高吸水率）的問題。由於水是一種具有極高介電常數和耗散正切的物質，隨著基板吸水率的增加，信號延遲和損耗的程度也必然會增加。因此，用於高速傳輸的 FPC 的組成材料也必須具有低吸水特性。

下圖所示的高速傳輸用 FPC 就是為了解決這些問題而開發的。在用於高速傳輸的 FPC 中，使用具有低介電常數和低介電損耗角正切特性的液晶聚合物 （LCP） 或改性聚醯亞胺 （改性 PI） 代替傳統的聚醯亞胺。具有低介電常數和低介電損耗角正切的材料也用於層間粘合材料（粘合片材）。

為了支援高速傳輸，基材的介電常數和耗散因數必須比傳統材料（聚醯亞胺）高一個數量級。一個特別重要的規範是介電損耗角正切 （Df）。FR-4 是一種經常用作剛性板材料的材料，其 Df 為 0.02，而通常用於 FPC 的聚醯亞胺的 Df 約為 0.01。

相比之下，LCP的Df值更小，為0.002。在選擇FPC基材的另一個重要指標吸水率 (%) 方面，與聚酰亞胺的1~2%相比，LCP約為0.04%，存在很大差異。

但是，LCP也有弱點。下表顯示了ABC的三種FPC特性。

（A） 傳統低介電貼合片（基材 = 聚醯亞胺，粘合片 = 環氧樹脂熱固性粘合劑）
（B） 高速傳輸用低介電貼合片（基材=液晶聚合物、粘合片=液晶聚合物）
（C） 迪睿合提出的高速傳輸用低介電貼合片（基材=液晶聚合物或改性聚醯亞胺、接合片=本公司的低Dk/Df接合片材）

（A）由於絕緣材料的介電常數和介電正切本來就很高，因此不適用於需要高速傳輸電路板。 （B）由於絕緣材料全部由液晶聚合物構成，因此電氣性能優異，但存在對構成電路的銅的黏接低（機械性能問題）、黏接時需要300℃以上的高溫（FPC製造工藝問題）、能夠生產的廠家有限（材料採購問題）等問題。

低介電貼合片的各種好處

另一方面，Dexcerials提出的 (C) 具有以下優點。

1. 介電常數小於LCP,允許傳輸延遲小於LCP
2. 可採用低於 200°C 的製程進行黏合，因此可使用傳統的 FPC 製造製程/設備。
3. 對低介電基材 LCP 和改性聚醯亞胺具有足夠的附著力，可在滿足 FPC 所需的機械特性的同時實現高速傳輸。

我們的低 Dk 粘合片材的另一個特點是其低吸水性。下表顯示了使用每種材料進行吸水率測試前後的介電常數值和耗散因數。我們的粘合片材與 LCP 一樣，具有優異的低吸水率，吸水前後的值沒有介電損耗角正切變化，表明它在實際使用條件下保持高速傳輸。

銅箔與基材結合力強

「集肤效应 」是在设计处理具有高频成分的电信号的设备（如高速传输）时必须考虑的重要项目之一。 集肤效应是这样一种现象：流经导体的电信号频率越高，仅在导体表面流动的电流就越多。電流流經的有效表面的厚度稱為「集膚深度」，頻率越高，此值越小。當電流流通的截面面積變小時，電路的交流電阻就會增加，導致導體損耗。

FPC 中使用的覆銅板 （CCL） 的銅表面乍一看似乎是平坦的，但在微米尺度上則不是。如上所述，如果由於集膚效應，電流僅流過非常淺的表面，則電流將沿著這個粗糙的表面流動，從而導致更長的傳導路徑和延遲信號到達。如果假設高速傳輸，由於集膚效應引起的導體損耗是不可避免的。另一方面，可以通過展平導體表面來改善延遲。因此，在高速傳輸的 FPC 中，銅表面通過化學處理變得光滑，如下右圖所示。

需要注意的是，銅表面越平坦，與樹脂的附著力就越弱，就越容易出現導致樹脂從電路上剝落的缺陷。最初，液晶聚合物具有「難以粘附」其他材料的特性，並且不容易粘合在一起。構成高速傳輸 FPC 的鍵合片需要在難以鍵合的液晶聚合物和表面光滑的銅之間具有很強的粘合力。

下面左邊的照片顯示的是我們的低介電常數接合片材樣品（零件編號：D5320P-25），在一片表面光滑處理過的 CCL 上貼合，並進行了浮焊測試。如右圖所示，即使在高溫 (288°C) 焊錫浴中浮動 30 秒後，也沒有發生「空泡」現象，這說明最初的接合狀態得以維持。

如上所述，我們的低介電焊片實現了製造 5G 設備 FPC 所需的低傳輸損耗，提高了銅和 LCP 之間的粘合力，並實現了高速傳輸的光滑表面，並可以使用現有設備進行製造。低介電貼合片製造商的另一個主要優勢是產品能夠在室溫下儲存。普通的熱固性膠粘劑必須小心處理，因為如果在室溫下放置，它們會變硬，並且需要採取措施防止在使用過程中結露。但是，我們的產品可以在室溫下儲存，沒有問題。詳細的產品規格如下，請考慮我們的產品，並與我們聯繫。

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