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      線路板廠之高速PCB的特殊之處!

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      掃一掃!線路板廠之高速PCB的特殊之處!掃一掃!
      人氣:-發表時間:2023-12-07 11:08【

      1.高速 PCB 是一種特殊的印刷電路板,通常用于高速數字電路中


      1.1.PCB 是電子產品的關鍵電子互連件


      線路板廠講印制電路板簡稱 PCB(Printed Circuit Board),PCB 基板由導電的銅箔和中間的絕緣隔熱 材料組成,利用網狀的細小線路形成各種電子零組件之間的預定電路連接。這種連接功能使 PCB 成為電子產品的關鍵電子互連件,因此,PCB 被譽為“電子產品之母”。



      PCB 按材質可以分為有機材質板和無機材質板,按結構不同可分為剛性板、撓性板、剛撓結 合板和封裝基板,按層數不同可分為單面板、雙面板 和多層板。PCB 產業鏈上游主要涉及相 關原材料的制造,如覆銅板、半固化片、銅箔、銅球、金鹽、干膜和油墨等;中游主要是 PCB 的制造;而下游則是 PCB 的廣泛應用,包括通訊、消費電子、汽車電子、工控、醫療、航空 航天、國防和半導體封裝等領域。


      PCB 技術發展趨勢主要體現在微型化、高層化、柔性化和智能化方面。微型化是指隨著消費 電子產品的小型化和功能多樣化發展,PCB 需要搭載更多元器件并縮小尺寸,要求 PCB 具有 更高的精密度和微細化能力。高層化是指隨著計算機和服務器領域在 5G 和 AI 時代的高速高 頻發展,PCB 需要高頻高速工作、性能穩定,并承擔更復雜的功能,要求 PCB 具有更多的層 數和更復雜的結構。柔性化是指隨著可穿戴設備和柔性顯示屏等新興應用的興起,PCB 需要 具有良好的柔韌性和可彎曲性以適應不同形狀和空間,要求 PCB 具有更好的柔性和可靠性。 智能化是指隨著物聯網、智能汽車等領域的發展,PCB 需要具有更強的數據處理能力和智能 控制能力以實現設備之間的互聯互通和自動化管理,要求 PCB 有更高的集成度和智能度。


      1.2.高速PCB 是一種特殊的印刷電路板


      高速 PCB 主要用于高速數字電路中,需要保證信號傳輸的完整性。高頻 PCB 主要用于高頻 (頻率在 1 GHz 以上)和超高頻(頻率在 10 GHz 以上)電子設備,如射頻芯片、微波接收 器、射頻開關、空位調諧器、頻率選擇網絡等。和高頻 PCB 不同,設計高速 PCB 時,更多需 要考慮到信號完整性、阻抗匹配、信號耦合和信號噪聲等因素。為了滿足這些要求,高速 PCB 需要采用特殊的材料并采用特殊的工藝,在高速 PCB 設計中,選擇合適的高速 CCL 材料至關 重要。 數據中心交換機和 AI 服務器是高速板的重要應用領域。AI 服務器通常具有大內存和高速存 儲器、多核心處理器等特點,需要 PCB 的規格和性能與之匹配。國內主流的數據中心交換機 端口速率正在由 10G/40G 向 400G/800G 升級演進。根據 Dell’ Oro 發布的報告,預計到 2027年,400Gbps 及更高速度將占據數據中心交換機銷售額的近 70%,這些都離不開高速 PCB 的 應用。



      汽車智能化對高速板的需求提升。在電氣化、智能化和網聯化的驅動下,ADAS(高級駕駛輔助 系統)、智能座艙、動力系統電氣化、汽車電子功能架構等領域對中高端 PCB 的需求持續高 增。具有整合性、多功能、高效能等特性的電子控制單元(ECU)將推動相關高端汽車板的需 求增加。

      2.高速 CCL 是高速板的核心材料,高端領域主要由臺企和日企主導

      2.1.CCL 是 PCB 主要材料之一


      CCL,全稱為 Copper Clad Laminate,中文名叫覆銅板,是一種將電子玻纖布或其他增強材 料用樹脂浸漬,一面或兩面用銅箔覆蓋,再經過熱壓而制作成的一種板狀材料,具有介電性 能及機械性能好等特點,其上游主要包括銅箔、樹脂、玻纖布等原材料行業,下游主要包括 通訊設備、消費電子、汽車電子等領域。


      PCB 的性能、品質、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及長期的可靠性及穩定性在很 大程度上取決于 CCL。CCL 作為 PCB 制造中的核心基板材料,對 PCB 主要起互連導通、絕緣 和支撐的作用,對電路中信號的傳輸速度、能量損失和特性阻抗等有很大的影響。CCL 的技 術發展趨勢與 PCB 的技術發展趨勢相一致,主要體現在微型化、高層化、柔性化和智能化等 方面。例如,HDI 板和類載板對 CCL 的微細化能力要求更高;高多層通孔板和背板對 CCL 的層 數和結構要求更高;柔性板和剛撓結合板對 CCL 的柔韌性和可靠性要求更高;封裝基板和嵌入 式元件板對 CCL 的集成度和智能度要求更高。


      根據增強材料的不同,可以將 CCL 分成玻纖布基 CCL、紙基 CCL、復合基 CCL。其中玻纖布基 CCL 采用的增強材料是玻璃纖維布,適用于消費電子產品的制造,在 PCB 主板彎曲時玻璃纖 維能夠吸收大部分應力,使玻璃纖維布基 CCL 具有很好的機械性能。紙基 CCL 采用的是木漿纖維紙,主要應用于制造計算機、通訊設備等電子工業產品。而復合基 CCL 是以木漿纖維紙 或棉漿纖維紙作芯材增強材料,以玻璃纖維布作表層增強材料,廣泛應用于制造高檔家電及 電子設備等。 根據絕緣樹脂的不同,還可以將 CCL 分成環氧樹脂 CCL、聚醋樹脂 CCL、酚醛樹脂 CCL。根據 機械性能的不同,可以將 CCL 分成剛性 CCL、撓性 CCL。


      根據 CCL 自身介電損耗(Df)和介電常數(Dk)的大小,可以將 CCL 分成高速 CCL 和高頻 CCL 兩類。高速 CCL 強調其自身的介電損耗(Df),目前市場上常用的高速 CCL 等級也是依照介 電損耗(Df)的大小來劃分的。相比于高速 CCL,高頻 CCL 更加注重介電常數(Dk)的大小 和變化,以及介電常數(Dk)的穩定性。 CCL 約占 PCB 生產成本的 30%,其介電常數(Dk)和介質損耗因子(Df)值更是直接決定了 PCB 性能。介電常數(Dk)越低,傳輸信號的速度越快;質損耗因子(Df)越小,信號傳輸損 耗越小。





      高速 CCL 是指具有高信號傳輸速度、高特性阻抗精度、低傳送信號分散性、低損耗(Df)的 覆銅板。高速板分了很多等級,一般用標桿公司松下(Panasonic)的 M 系列對比,如 M4、M6、 M7 等,數字越大越先進,適應的傳輸速率越高。M4 級別是 low loss 級別的材料,大致對應 傳輸速率為 16Gbps,M6 級別是 very low loss 級別的材料,M7 級別是 super ultra low loss,大致對應傳輸率為 32Gbps。


      高速板的核心要求是低介電損耗因子(Df), Df 越小越穩定,高速性能越好。介電損耗因子 (Df)是樹脂的一種特性,一般來說,降低 Df 主要通過樹脂、基板及基板樹脂含量來實現。 普通 CCL 使用的環氧樹脂主要是 FR-4,其 Df 值在 0.01 以上,而高速 CCL 需要在此基礎上改 性或加入 PPO/PPE 等樹脂材料,各種樹脂材料中 PTFE 和碳氫化合物樹脂(兩種典型的高頻 材料)Df 值最低,在 0.002 以下,最終高速材料所用樹脂的 Df 介于高頻材料和 FR-4 之間。


      高頻 CCL 是指工作頻率在 5GHz 以上,適用于超高頻領域,具有超低介電常數(Dk)的覆銅 板,同時也要求介質損耗因子(Df)盡可能小。以 CCL 作為核心原材料制成的 PCB 可視為一 種電容裝置,導線中有信號傳輸時,會有部分能量被 PCB 蓄積,造成傳輸上的延遲,頻率越 高延遲越明顯。與高速 CCL 類似,降低 Dk 的方法主要是對使用的絕緣樹脂、玻纖、整體結構 進行改性。目前市場上主流的高頻 CCL 主要是通過使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂 材料工藝實現,其中使用 PTFE 的 CCL 應用最廣泛,具有介電損耗小、介電常數小且隨溫度和 頻率的變化小、與金屬銅箔的熱膨脹系數接近等優點。


      根據臺光電子披露的相關信息,2021 年高速 CCL 的主要供應商有臺耀科技、聯茂電子、日商 松下電工、建韜集團、生益科技、南亞新材等。其中臺耀科技的產品最頂尖,占有率最大, 且技術壁壘高,臺耀科技、聯茂電子、臺光電子三家臺系企業的合計市場份額達到 58%,前 八大供應商總計市場份額達到 89%,行業集中度較高,且高速 CCL 主要集中于中國臺灣及日 本,中國大陸企業的市場份額較少。


      電路板廠了解到,目前 CCL 行業往高頻和高速方向發展,具有較高的技術門檻。一是配方門檻,覆銅板樹脂填 充物包含多個品類可以為不同的應用場景改善性能,每個廠商的配方都是在多年的生產實踐 中形成的,難以在短時間內完成。例如 PTFE 成型溫度過高、加工困難以及粘接能力差,需采 用共混改性、填料改性等方法淡化 PTFE 材料的缺點,如羅杰斯 RO3000 系列覆銅板中添加了 陶瓷填料。二是工藝門檻。不同樹脂體系的加工難度不同,例如 PTFE 比環氧樹脂更軟、鉆孔 難度更大,需要培養專門的核心 NY 員工。





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