高频高速电路板专利技术发展概述

高频高速电路板专利技术发展概述

刘红艳,王桂斌

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 江苏省苏州市

215011

摘要

5G时代的到来对印刷电路板的性能提出了更严格的要求，国内外很多企业都在积极探索高频高速电路板的技术发展，并积极进行相关专利的申请和布局。本文以CNABS和DWPI数据库收录的专利文献为样本，从专利视角对高频高速电路板技术发展进行了概述。

关键词：高频高速；材料；专利；发展趋势

1  引言

近十多年来，电子产品中的信号处理和传输的频率，已经由几兆（MHz）到几百兆，现在已经达到几个千兆赫（GHz）、几百千兆赫，甚至上千千兆赫。高频信号的频段相对于一般的低频信号更为宽广，能够同时完成数以千万计的电话、电视等相关信息的传输，并不受任何干扰。为确保高频信号的传输完整性，高频高速PCB对基材的介电常数、介质损耗、铜箔表面粗糙度等方面提出了特殊要求[1-2]。研究发现，高频高速PCB专利技术主要涉及高频高速PCB材料的改进和高频高速PCB结构或功能的改进，其中，高频高速PCB材料的改进主要涉及低介电材料、磁介材料、热介材料等，而高频高速PCB结构的改进主要涉及高频微波板、高速多层板等。

2.1  高频高速PCB材料的技术发展

电子产品向轻、薄、可携带、多功能化方向发展，要求PCB的产业技术往高频、高速以及高密度方向发展，对于材料的需求越来越严苛，在数据接口高速化趋势下，终端天线、高速接口传输线、服务器内部传输线等应用对高频高速PCB的需求日益增加，在高频高速和小型化需求下，高频传输及低损耗材料将全面替代传输线。

在低介电材料方面，主要涉及芳族、含氟、空气隙、无机材料等。美国罗杰斯（ROGERS）公司公开了采用含氟聚合物或中空无机微球、多孔无机颗粒获得低介电材料，日本专利JPH09142876A公开了在低介电材料中添加SiO2、B2O3、K2O三元组合物等无机材料。株式会社LG化学的WO2016052873A1中空氟化树脂与多孔聚酰亚胺树脂结合，从而获得优异的性能。在磁介材料方面，主要涉及铁磁铁和稀土磁性材料。皇家飞利浦电子股份有限公司的专利US2006154052 A1提供一种用于制造印刷电路板的软磁材料，软磁材料包括聚合物基体和软磁粉末，软磁粉末包括诸如铁氧体粉末颗粒或铁粉之类的软磁颗粒。对于稀土磁性材料的改进，在2001年，株式会社东金的专利JP2001284755A提出了由包含稀土元素的磁性损耗材料构成的柔性线路板，该包含稀土元素的磁性损耗材料表现出大的磁性损耗系数μ”，以此，抵消寄生辐射的有效措施能够用较小体积的磁性体来实现。在热介材料方面，主要涉及金属、无机颗粒、陶瓷。2006年，电气化学工业株式会社的专利CN1774800A提出了大幅减低在混合集成电路的高频工作时发生的半导体元件的误操作，且散热性好的经济的金属基电路基板。2019年，美国罗杰斯（ROGERS）公司在WO2019145441A1中提出了复合陶瓷，将其应用于高频高速PCB。

2.2高频高速PCB结构的技术发展

根据高频高速PCB所要实现的高频信号传输和高速信号传输功能可以分为高频微波板和高速多层板，虽然高频板和高速板对电路板材料的介电常数、介电损耗、电路线宽等存在不同的要求，然而根据具体应用领域，高频板在一定程度上需要实现信号的高速传输，而高速板也需要具备一定的高频信号传输功能。对检索得到的高频高速PCB的专利样本进行数据标引，可以发现高频微波板主要着重在陶瓷基材结构、金属芯板结构和有机基材结构等的改进，高速多层板侧重于高密度多层互连结构、2-3阶增层板结构和混压多层结构的改进。从萌芽期到近年的成熟发展期，以上结构表现出并行交互发展的方式。

在2001年之前的发展起步阶段，高频微波板的芯板结构主要是陶瓷-金属基板结构，德国的库拉米克(CURAMIK)公司就提出了陶瓷基板结构的专利技术，如专利DE19753149A1则公开了一种金属-陶瓷衬底结构的高频电路板，通过DCB技术在陶瓷基板的表面覆盖铜箔层，并通过陶瓷基板的通孔电镀形成双面电路的导通。在成熟发展阶段，罗杰斯(GOGERS)公司则进一步发展了金属-陶瓷基板结构的高频电路板，比如2013年申请的WO2015018397A1提出的金属-陶瓷基板结构使用氮化硅陶瓷基板作为核心结构，并使用氧化陶瓷作为中介层，并且采用DCB的方法形成金属键合结构，其中介层厚度做到0.5-15μm。另外，美国英业达(INVENTEC)的专利US10219366B1则公开了一种包括第一外电路层、内电路层、第二外电路层、连通柱及高介电损耗防焊油墨层的多层互连的高频板结构，其中连通柱自第一外电路层贯穿至第二外电路层，并耦接于第一导线及第二导线。第二导线经由连通柱耦接至第一导线以传输高频讯号。

3 结语

本文以CNABS和DWPI数据库收录的专利文献为样本，分析了高频高速PCB技术相关的国内外专利申请及其发展趋势，并对高频高速PCB技术中的材料技术发展、结构技术发展做了梳理和分析。从高频高速PCB技术发展来看，对高频高速PCB的研究主要集中美国、日本和中国，特别的我国台湾地区对高频高速PCB的研究也处于领先地位，近年来国内对高频高速PCB技术的专利申请量呈上升的趋势，显示出我国PCB企业在该领域具有巨大的发展潜力。随着电子产品的小型化，各种电子元器件向着小型化、微细化布线方向发展，高频高速PCB向着高密度化方向发展，其电路高密度化包括微细线路图案的形成、微细通孔工艺等，减小导通孔的直径，有效利用狭小空间，制造高密度互连线路，是今后高频高速PCB技术的发展趋势。

参考文献

[1] 王结良,梁国正,赵雯,等. 高频印刷线路板覆铜板用树脂基体的研究进展[J]. 中国塑料,2004,18(3):6-10.

[2] 杨雁,李盛涛. 高频印制电路基板研究进展[J]. 绝缘材料,2007,40(6):30-35.

1