浅析聚四氟乙烯覆铜板

浅析聚四氟乙烯覆铜板

贺杨 海

郴州功田电子陶瓷技术有限公司

摘要：随着PTFE研发技术以及通信技术的不断发展，国内外人员对PTFE覆铜板进行了大量研究。本文根据国外PTFE覆铜板的研发情况，对PTFE覆铜板进行分类，着重介绍国内PTFE覆铜板发展概况及面临的挑战，并对PTFE覆铜板的发展趋势进行了简单介绍。

关键词：PTFE；覆铜板；发展趋势

引言：

信息电子产品逐渐向着高频化、高速化方向发展。统的基板材料将逐渐被高速化、高可靠性基板材料代替。近年来，科技工作者对高频、高速化基板材料的选择和性能进行了深入的研究，旨在寻找介电性能、力学性能和热性能优良的基板材料，以满足实际使用的要求。研究结果表明，聚四氟乙烯具有优良的电气性能，耐化学腐蚀，耐热，使用温度范围广，吸水性低，高频率范围内介电常数、介质损耗因子变化少，非常适用于作为高速数字化和高频基板材料的基体树脂。但聚四氟乙烯具有相对高的热膨胀系数，质地柔软，机械性能差，经填充增强改性后，性能明显改善。

1. PTFE覆铜板分类

美
军标MIL-P-13949根据不同玻纤增强方式将PTFE覆铜板分为三大类，如表1所示。表1美军标MIL-P-13949关于PTFE覆铜板的分类

随着电子产品对覆铜板提出更高的要求，如高频、高速、多功能等，国外厂家不断改善PTFE覆铜板的性能并开发新的产品。目前各厂家供应的PTFE覆铜板种类繁多，型号琳琅满目，部分产品已超出上述标准分类的范畴。但究其材料组成，PTFE覆铜板主要包括玻纤增强型(玻纤/PTFE型)和陶瓷粉填充型(包括陶瓷/PTFE型、陶瓷/玻纤/PTFE型)两大类。

2. PTFE覆铜板国内发展概况

自PTFE材料引入PCB基板材料以来，国外针对PTFE覆铜板的研发和生产已有近60年的历史，国外企业包括Rogers、Taconic、Neltec等对其展开了大量研究，掌握了关键技术和核心知识产权，其产品几乎垄断了PTFE覆铜板的市场。与国外相比，国内研发PTFE覆铜板开始较晚，但随着PTFE覆铜板市场的逐步扩大，国内逐渐重视微波覆铜板的开发。

国内研究单位如电子科技大学、华南理工大学、西北工业大学、南京工业大学、中国电科第46所等都对PTFE覆铜板进行了一些研究，研究内容主要集中在PTFE覆铜板成分调配和工艺参数的摸索上，包括PTFE含量、填料种类和含量、有机-无机界面状态、成型工艺路线和工艺参数等；部分可实现小批量生产，并获得相关专利，但要实现商用批产，工艺路线稳定性和产品可靠性、一致性等关键问题亟需突破。

国内PCB企业如泰州旺灵、常州中英等大力开发TFE覆铜板产品，形成了PTFE系列产品体系，在国内市场上占有率逐步增大。泰州旺灵的PTFE产品包括玻纤布增强PTFE树脂系列(F4B-1/2(Dk/Df，2.55、2.65/≤0.0015)、F4BMX-1/2(Dk/Df，2.17~2.20/≤0.0010，2.45~3.00/≤0.0014))和玻纤布/PTFE/纳米陶瓷复合介质基板(F4BM-2-A(Dk/Df，2.55~2.85/≤0.0015，2.94~3.00/≤0.0020))等系列产品。常州中英PTFE高频覆铜板产品包括纯PTFE树脂类(ZYF-D(Dk，2.14~2.65)、ZYF-A(Dk，2.14~2.65))、PTFE/纳米陶瓷填料类(ZYF-CA(Dk，2.17~2.66))等产品。广东生益与日本中兴化成合作推出了GF77G(Dk/Df，2.28±0.04/≤0.0012)系列产品，具有较低的介电常数和介质损耗，是一种适用于毫米波电路的高频基板。

3. PTFE覆铜板发展趋势

随着不断发展的通信市场，如5G无线通信、车载雷达系统等的发展，工作频段从MHz向GHz高频段演进，作为互联载体的基板材料必须不断改善产品性能、开发新产品才能满足高频段应用的需求。根据国内外市场上推出的PTFE覆铜板，本文总结其发展趋势主要有以下几点。

1. 基板多层化

PCB板逐渐朝多层化方向发展，这就要求基板材料能够进行复杂的结构加工，如何保持良好的介电性能、改善CTE值、提高机械加工性能，一直是PTFE覆铜板企业必须攻关的关键技术。Taconic公司研制出了纳米级填料PTFE覆铜板，其纳米填料比例(90%)远高于PTFE树脂含量，提高了加工可靠性，层压后铜箔表面光滑，降低了传输损耗。此外，Rogers公司采用空心球填充技术，大大降低了Z向的CTE值，通过改善尺寸稳定性提高了覆铜板的加工性能。

除改变基板材料本身的加工性能外，开发PTFE多层板用粘结片也是各大企业发展的热门方向。如Taconic公司开发的FastRise系列粘结片，由上下两层热固树脂加中间改性PTFE膜组成，具有优异的加工性能，适用于制造微波多层板。

2. 基板可靠性和尺寸一致性

不管是高频微波信号传输还是宽温度范围应用环境的需求，都对基板材料提出了高可靠性、一致性的要求。提高尺寸稳定性，保证稳定的介电常数，进而满足可靠性与一致性的要求，是发展PTFE覆铜板的必然趋势。Rogers公司提出衡量材料Dk随温度变化的参数———介电常数温度系数(TCDk)，其开发的陶瓷填充PTFE覆铜板RO3003TM，无玻纤补强，具有低CTE值、低吸水性和极低的TCDk(-3×10-6/℃，-50℃~150℃)，可保证板材在宽温度范围工作时电气性能稳定，可靠性高。

结语

PTFE覆铜板作为一种介电性能优异的基板材料，具备传统FR4基板等所不具备的特性，非常适合应用于微波电路中。自PTFE材料引入覆铜板以来，国外业界高度重视，以Rogers公司为代表，在PTFE覆铜板结构设计和功能开发上积累了大量经验，开发了一系列产品，基本垄断了国内市场。高频微波基板市场的逐步扩大对PTFE覆铜板不断提出新的要求，促使其朝高可靠性、多功能、多层化和低成本等方向发展。虽然国内开始研发PTFE覆铜板时间较晚，在新产品开发、技术水平和生产设备等方面与国外仍有很大的差距，但随着现代通讯技术的飞速发展以及国家对微波介质基板研发的有力支持，国内覆铜板的研发也面临着新的发展机遇。

参考文献：

1. 张志刚.一种PFA共混改性聚四氟乙烯覆铜板的制备[J].科学技术创新,2021(8):33-34.DOI:10.3969/j.issn.1673-1328.2021.08.016.