0 Hersteller von Hochfrequenzsubstrate im Jahr 2025

Was ist eine Hochfrequenz-Leiterplatte?

Hochfrequenz-Leiterplatten sind Platinen, die für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen verwendet werden. Sie werden im Allgemeinen für Signale im Frequenzbereich von 500 MHz bis 5 GHz verwendet.

Für Leiterplatten, die in Hochfrequenzschaltungen verwendet werden, wird das Substratmaterial auf der Grundlage einer umfassenden Bewertung der Signalfrequenz, der zulässigen Größe und der Kosten ausgewählt. Insbesondere werden die Dielektrizitätskonstante, der dielektrische Verlusttangens, die Dicke des Derivats und die Genauigkeit der Schaltung berücksichtigt.

Die Signalgeschwindigkeit ist bei Hochfrequenzschaltungen für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit großer Kapazität von großer Bedeutung. Das Trägermaterial muss eine niedrige Dielektrizitätskonstante und vor allem geringe Übertragungsverluste aufweisen. Als Substratmaterialien werden Glasgewebe, Epoxidharze, Keramiken und Fluorpolymere verwendet.

Anwendungen von Hochfrequenz-Leiterplatten

Hochfrequenz-Leiterplatten werden in einem breiten Spektrum von Geräten verwendet, von vertrauten mobilen Geräten bis hin zum industriellen Sektor für Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Da Hochfrequenzschaltungen in einem hohen Frequenzband arbeiten, ist es wichtig, auf einem höheren Niveau als bei allgemeinen Schaltungen Maßnahmen zur Rauschunterdrückung zu treffen. Es müssen Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass die Geräte kein Rauschen abstrahlen und nicht durch Rauschen beeinträchtigt werden.

Zu den spezifischen Anwendungen gehören Fernsehübertragungen, Kommunikationsgeräte wie Mobiltelefone, professioneller Funk, Wi-Fi und Millimeterwellenradar, GPS-Positionsmessung und Wetterbeobachtungssensoren sowie Sensoren für den menschlichen Körper.

Funktionsweise der Hochfrequenz-Leiterplatte

Hochfrequenz-Leiterplatten sind für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen geeignet und erfordern daher u. a. eine niedrige Dielektrizitätskonstante des Substratmaterials und einen geringen Signalverlust.

Um die Übertragungsgeschwindigkeit von Signalen zu erhöhen, muss die Frequenz höher sein. Je niedriger die Dielektrizitätskonstante des Trägermaterials ist, desto höher ist die Signalgeschwindigkeit und nähert sich der Lichtgeschwindigkeit. Fluorpolymere, die die niedrigste Dielektrizitätskonstante aller Polymermaterialien aufweisen, sind hier von Vorteil.

Bei der Signalübertragung wird ein Magnetfeld erzeugt, das die Moleküle des Trägermaterials zum Reagieren und Vibrieren bringt. Dies führt zu Übertragungsverlusten. Je höher die Frequenz, desto größer die Verluste, die in Wärme umgewandelt werden. Je niedriger der dielektrische Verlusttangens ist, desto geringer sind die Signalverluste. Zu den Materialien mit einem niedrigen dielektrischen Verlusttangens gehören Polyphenylenetherharz (PPE) und Fluorharz (PTFE).

Ein weiterer Faktor, der zu höheren Übertragungsverlusten führt, ist der Kupferleiter selbst. Wenn die Frequenz des Stromflusses im Verdrahtungsabschnitt der Leiterplatte zunimmt, wird der Stromfluss auf den Bereich bis zur maximalen Skin-Tiefe begrenzt. Dieses Phänomen ist als Epidermis-Effekt bekannt. Im Vergleich zum Stromfluss durch den gesamten Leiter erhöht sich der Widerstand des Leiters, was zu höheren Verlusten führt.

Außerdem muss der Wärmeausdehnungskoeffizient nahe an dem der Kupferfolie gehalten werden. Denn Temperaturschwankungen können zur Delamination der Kupferfolie führen.

Materialien für Hochfrequenz-Leiterplatten

Als Materialien für Hochfrequenz-Leiterplatte werden Epoxidharz auf Glasgewebebasis (FR-4), Polyphenylenetherharz auf Glasgewebebasis (PPE) und keramische Füllharze (Rogers), Fluorpolymere (PTFE) und Hybridmaterialien verwendet.

1. FR-4

FR-4 ist ein Epoxidharz auf Glasgewebebasis und wird aufgrund seiner geringen Kosten häufig für doppelseitige und mehrlagige Leiterplatten verwendet. Es hat Einschränkungen bei hohen Frequenzen, im Allgemeinen bis zu etwa 1 GHz.

2. PSA

Im Vergleich zu FR-4-Substraten haben Substrate aus PPE eine höhere Glasübergangstemperatur, was auf eine hohe Wärmebeständigkeit im Hochfrequenzbereich hindeutet, und weisen aufgrund der geringen Feuchtigkeitsaufnahme, der niedrigen Dielektrizitätskonstante und des niedrigen dielektrischen Verlusttangens hervorragende Frequenzeigenschaften im Hochfrequenzbereich auf. Sie werden in großen Computern, Hochfrequenzmessgeräten und Antennenanlagen verwendet.

3. Keramischer Füllstoff

Mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante und einem niedrigen dielektrischen Verlusttangens hat es hervorragende Frequenzeigenschaften im Hochfrequenzbereich und kann mit denselben Fertigungsanlagen wie FR-4 verarbeitet werden. Verwendet in Basisstationen für mobile Geräte, Anti-Kollisionsradar in Fahrzeugen usw.

4. PTFE

Fluorpolymere, bekannt unter dem typischen Handelsnamen Teflon, sind Isoliermaterialien mit der niedrigsten Dielektrizitätskonstante und geringer Wasseraufnahme, wodurch sie sich für Hochfrequenzanwendungen eignen.

Im Vergleich zu FR-4 zeichnet sich PTFE durch eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen dielektrischen Verlusttangens sowie eine sehr stabile Frequenz- und Temperaturabhängigkeit aus. Aufgrund seiner hohen Isolationsfestigkeit, chemischen Stabilität, Hitzebeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit wird es außerdem häufig für Hochgeschwindigkeitskommunikation eingesetzt. Zu den Anwendungen gehören Antennen, Radar, Satellitenkommunikation und Raumfahrt.

5. Hybride Werkstoffe

Hybridwerkstoffe sind Verbundleiterplatten, die Materialien aus verschiedenen Werkstoffen kombinieren. Durch die Herstellung einer laminierten und nicht durchlöcherten Struktur mit Hochfrequenzmaterialien und allgemeinen Materialien (FR-4) wird eine Leiterplatte mit Hybridstruktur gebildet. Es senkt die Kosten für hochfrequenztaugliche Leiterplatten, unterstützt Multilayering und verbessert den Freiheitsgrad der Verdrahtung.

Hybridmaterialien werden auch zur Integration von Hochfrequenzschaltungen und Steuerplatinen verwendet. Sie verbessern auch die Festigkeit und Dicke dünner Hochfrequenzmaterialien.