高频高速材料介绍.ppt

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高頻高速材料介紹方建中方建中2011/05/232011/05/23先豐通訊股份有限公司BoardTek因應無鹵化產品要求因應高頻高速要求因應無鉛製程要求11/10/20221BoardTek高頻高速11/10/20222BoardTek高頻高速材料的要求q低介質常數（LowDk）=降低介質常數可提昇訊號傳輸速度=Propagationdelay=84.6x（eff）1/2q低散逸因子（LowDf）=訊號隨著頻率增加，強度的損失也會隨之增加，因此高頻高速通訊多採用低散逸因子材料來設計製作=Signalloss=27.3x（f/c）x（eff）1/2xtanq導體表面粗糙度=訊號頻率愈高，肌膚效應（Skineffect）愈明顯，因此訊號傳輸導體表面愈平坦愈好=eff:

介質常數（effectivedielectricconstant）=tan:

散逸因子（dissipationfactor）=f:

頻率（frequency）=c:

光速（lightspeed）11/10/20223BoardTek介質常數:

DkorEr（）q每”單位體積”的絕緣物質，在每一單位之”電位梯度”下所能儲蓄”靜電能量”（ElectrostaticEnergy）的多寡。

q此詞尚另有同義字”透電率”（Permitivity日文稱為誘電率）q絕緣材料的”介質常數”（或透電率）要愈小愈好q目前各板材中以鐵氟龍（PTFE），），在1MHZ頻率下介質常數的2.5最好，FR-4約為4.7q電路板可視為一電容裝置，導線中有訊號傳輸時，會有部份能量被電路板蓄積，造成傳輸上的延遲，頻率愈高延遲愈明顯11/10/20224BoardTek介質常數物理公式:

DkorEr（）qC=AxxD/tlC:

電容（pF）lA:

平板面積（in2）l:

介質常數（dielectricconstantofthedielectricmaterial）lD:

225（常數）lt:

介電層厚度（mils）11/10/20225BoardTek銅箔樹脂玻璃纖維布銅箔基板結構q影響銅箔基板綜合Dk之因素l樹脂（環氧樹脂Dk:

34）l玻璃纖維布（Dk:

67）l樹脂重量比率（Prepreg:

含膠量RC%）11/10/20226BoardTekDk均勻性1q玻璃纖維布節點l節點處玻璃纖維重量比高Dk高l纖維間樹脂重量比高Dk低l玻璃纖維紗支直徑愈大，節點效應愈大q降低玻璃纖維布節點效應l使用紗支直徑較小的玻璃纖維布（2116,1080,106）l使用扁平的開纖布，降低節點處與纖維間的差異l線路設計轉向11/10/20227BoardTekDk均勻性2q膠片（Prepreg）壓合厚度l殘銅率影響樹脂與玻璃纖維布的重量比l殘銅率高樹脂重量比高Dk低q降低膠片（Prepreg）壓合厚度影響l疊構設計內層基板厚度小於Prepreg厚度l線路設計降低同一層內局部殘銅率的差異（L2,Ln-1GND有利外層），有效運用Dummypadl基板為外側介電層微波通訊使用11/10/20228BoardTek散逸因子:

Dfq對交流電在功能上損失的一種度量q絕緣材料（樹脂）的一種特性q與所見到的電功損失成正比q與週期頻率（f），），電位梯度的平方（E2），），及單位體積成反比q其數學關係為（E2）*（f）*（VolumeConstant）PowerlossDissipationFactor=11/10/20229BoardTek先豐合格低Dk、低Df材料材料FR408FR408HRIS415IT180IIT170GRTU862HFEM285廠商ISOLAISOLAISOLA聯茂聯茂台耀台光Tg（）/DSC180185190175180165150Dk（10GHz）3.773.763.824.004.104.404.20Df（10GHz）0.01190.00890.01310.0150.0130.0150.015FR4材料RO4350BRO3003TLY5ARF-30RF-35A25NAD350A廠商RogersRogersTaconicTaconicTaconicArlonArlon樹脂種類陶瓷PTFEPTFEPTFEPTFEPTFEPTFEDk（10GHz）3.483.002.173.003.503.383.50Df（10GHz）0.00370.00130.00090.00140.00250.00250.0030特殊材料Fillers無鹵無鹵11/10/202210BoardTekDk&Df量測qDkl基板廠平行板電容方式lPCB測試Pattern，利用TDR量測qDfl基板廠平行板電容方式lPCB測試Pattern，利用TDR或VNA量測IBMSPP法（ShortPulsePropagation）CiscoS3參數量測法IntelSET2DILInsertionLoss法較簡單11/10/202211BoardTekSET2DIL法TDR訊號進TDR訊號出背景扣除組Df量測組11/10/202212BoardTek導體表面粗糙度q導體表面粗糙度=導體表面粗糙度形貌對電阻發熱，造成訊號能量的損失，即為導體損耗=頻率愈高，波長愈短，訊號在導體間行進，將只集中在導體的表面，即所謂”肌膚效應”（Skineffect）=導體表面粗糙度愈平坦對訊號傳輸愈有利=PCB層間的接著強度，受導體表面粗糙度影響=導體表面粗糙度愈高，樹脂與導體接著面積愈大，接著強度也隨之愈高q改善方向=反轉銅箔的開發即因應此需求而產生=近年來反轉銅箔的技術日趨成熟11/10/202213BoardTek無鉛製程11/10/202214BoardTek無鉛銲料分類銲料成份熔點性能與用途存在問題高熔點銲料（205以上）SnCu227便宜,用於波銲或噴錫熔點太高,對板材及綠漆不利SnAg221銲錫性良好,機械性能及可靠度不錯,用於Reflow銀之溶出物具毒性SnAgCu217抗拉強度良好,兼用波銲與Reflow,廣泛使用銀之溶出物具毒性SnAgCuBi217可靠度良好,用於波銲銀之溶出物具毒性,會有通孔Filterlifting現象中熔點銲料（180以上）SnAgCuBi200216兼用波銲與Reflow銀之溶出物具毒性,會有通孔Filterlifting現象SnZn199熔點較低,兼用波銲與Reflow鋅易氧化,銲點易腐蝕,銲錫性較差,需要強烈助銲劑低熔點銲料（180以下）SnBi138用於低溫銲接,銲點耐疲勞性良好,兼用波銲與Reflow會有通孔Filterlifting現象成熟且被廣泛使用的無鉛銲料熔點為21722711/10/202215BoardTek無鉛組裝的影響熱衝擊加大qDicy板材耐熱性不足=爆板率由100ppm拉高至10,000ppm以上q降低孔銅的可靠度=溫度提高，Z軸的膨漲程度加大，孔銅承受的應力加大，孔銅斷裂的風險提高=成品板厚愈厚者，風險愈高11/10/202216BoardTek因應無鉛製程材料q耐熱性的提昇=硬化劑的改變（DicyPN）=Tg的提高（135150175）=Td的要求（330340）=T260、T288基材分層時間的要求q降低Z軸總膨漲量=Tg的提高（135150175）=添加Fillers（降低Z軸CTE）=Z軸CTE分兩個區段1:

固態（溫度在Tg以下，4060ppm/）2:

膠態（溫度在Tg以上，250350ppm/）=Tg（GlasstransitionTemp）:

由固態轉變為膠態的溫度=Td（DecompositionTemp）:

重量減少5%的溫度=CTE（CoefficientofThermalExpansion）:

長度隨溫度增加而增加的比例11/10/202217BoardTek材料IT140IT588IT180IT180AIT180ITg140137180180180155ppm50ppm50ppm45ppm40ppm2290ppm260ppm250ppm250ppm210ppmTg&Z軸CTE對總膨漲量的影響11/10/202218BoardTekDicyVSPNComparison111/10/202219BoardTekDicyVSPNComparison211/10/202220BoardTek因應PN材料PCB製程變動q鑽孔製程=鑽孔條件變動=除膠渣程式調整（Desmear）q壓合=使用高接著力銅箔q電鍍=鍍銅厚度提高=鍍銅層延展性提高（Elongation）11/10/202221BoardTek無鹵化11/10/202222BoardTek鹵素q鹵素來源:

耐燃劑=傳統耐燃劑為TBBPA（四溴丙二酚A）=達到94V-0等級，基材內溴含量需達18%20%=一般基材溴的含量為60,00070,000ppmq替代的無鹵耐燃劑=DOPO系列之磷化合物=氮系化合物（代表物質:

BZ樹脂）=達到94V-0等級，需添加15%20%=分子結構內含有大量苯環分子結構，因此耐熱性佳，Td、T260、T288的表現也優異，適用一般無鉛組裝11/10/202223BoardTek無鹵板材q耐燃性=無鹵耐燃劑雖可達94V-0等級，但表現仍不如TPPBA=添加Fillers以補強=Fillers一般以SiO2、Mg（OH）3、Al（OH）3為主q特性=Td高=Z軸CTE低=樹脂Df低=耐熱性佳=CAF佳=Dk較高低Dk需求時調整Fillers11/10/202224BoardTekBoardtekFR4材料分類1類別硬化劑建議用途4101BTg（）MinTd（）MinZ軸CTE（ppm/）T288（分）合格物料製程板厚（mm）層數1（max）2（max）型號廠商ADicy有鉛2.010/97110（4101B未定）-NP-140南亞NP-150南亞FR-402ISOLATHE-420宏泰B-1PN無鉛2.010/124150325603005-B-2（添加5%以上Fillers）/99150325603005NP-155F南亞IS-400ISOLAIT-158聯茂TU-662台耀11/10/202225BoardTekBoardtekFR4材料分類2類別硬化劑建議用途4101BTg（）MinTd（）MinZ軸CTE（ppm/）T288（分）合格物料製程板厚（mm）層數1（max）2（max）型號廠商CDicy有鉛3.016/26170-NP-170南亞FR-406ISOLAD-1PN有鉛10.032/1291703406030015NP-175南亞FR-370TISOLA無鉛3.016IS415ISOLAIT180聯茂D-2（添加5%以上Fillers）PN有鉛/無鉛10.032/1261703406030015FR-370HRISOLAIT-180A聯茂IT-180I聯茂TU-768台耀11/10/202226BoardTekBoardtek無鹵FR4材料分類類別硬化劑建議用途4101CTg（）MinTd（）MinZ軸CTE（ppm/）T288（分）合格物料製程板厚（mm）層數1（max）2（max）型號廠商GDicy-/122125310603005-G（Fillers）有鉛/無鉛2.010/127125310603005R-1566NPLEM-285台光HDicy-/125150325603005-H（Fillers）有鉛/無鉛10.032/128150325603005IT-170GR聯茂TU-862HF台耀11/10/202227