问题——高频时代来临,传输损耗成为系统“卡点” 面向新一代移动通信、数据中心与卫星互联网的高带宽需求,高速互连正从“十吉赫兹”迈向“百吉赫兹及以上”。6G研究推动太赫兹器件与天线网络探索,800G光模块有限板面积内集成多路224Gbps差分互连,SerDes速率持续提升。,链路插入损耗、相位稳定性与热损耗问题被同时放大。传统FR4等常用基板在高频下损耗快速上升,导致接收端幅度裕量变小、眼图更易被噪声侵蚀,系统容错空间明显收缩,成为高速升级过程中难以回避的工程瓶颈。 原因——材料电磁特性与制造细节叠加放大损耗 从机理看,高频高速损耗并非由单一因素造成,而是材料本征特性与结构工艺共同作用的结果。 一是介电常数(Dk)影响信号传播速度与色散。Dk偏高会降低相位速度,并放大不同频率分量的传播差异,引发波形畸变、时序抖动增加,链路均衡与时钟恢复难度上升。对百吉赫兹信号而言,色散与群时延起伏更容易转化为系统层面的可用带宽损失。 二是损耗因子(Df)决定介质损耗强弱。Df越高,电场能量向热能转化越明显,插损对频率上升更敏感,不仅削弱幅度,还带来温升与可靠性压力。在高密度互连场景中,热与损耗的耦合会更压缩设计余量。 三是导体与界面效应在高频下更突出。趋肤效应使电流集中在铜箔表层,铜箔粗糙度、孔壁质量、表面处理方式等细节都会引入额外散射与阻抗起伏;层压对准、钻孔粗糙度、表面镀层平整度等制造偏差,也会在百吉赫兹链路上转化为可观的插损与反射。 影响——从眼图告警到产业格局重塑,低损耗材料成为“硬门槛” 高速互连的重要评价指标之一是眼图开口。以800G光模块为代表的高密度板级互连,对损耗容忍度明显降低:在差分通道数量增加、走线更短更密的情况下,只要基板与导体损耗偏大,眼图高度与抖动裕量就会快速下降,误码率风险随之上升,进而影响光电链路预算与系统稳定性。对通信设备与数据中心而言,这不仅限制性能,也会推高功耗与散热成本。 从产业层面看,市场对高频高速PCB与低介电材料的需求持续增长。研究机构预测,高频高速PCB规模将保持上行,其中更低Df等级材料的占比将进一步提高。另外,高端低介电材料仍呈现国际头部企业集中度较高的格局;制造端虽然具备规模与配套优势,但在关键材料体系与高端产品供给上仍需加快突破。对通信、服务器、卫星与先进封装等产业链而言,材料自主可控与供应韧性正在成为新一轮竞争的关键变量。 对策——以“材料+铜箔+结构+工艺”系统协同锁定低损耗成果 业内普遍认为,降低损耗难以依靠单一材料指标,需要系统级联合推进。 在材料端,主线聚焦“低Dk、低Df、宽频稳定”三项能力:通过PTFE体系、液晶聚合物(LCP)、纳米填料改性与分子链取向控制等方式,降低介质极化损耗并提升高频段参数稳定性;同时兼顾吸湿性、热膨胀、机械强度与可加工性,以满足高密度组装与长期可靠性需求。部分企业通过纳米二氧化硅等填料获得更平坦的频率响应,探索更高频段应用;也有产品采用LCP与低极性填料组合进一步降低Df,面向低功耗互连与相控阵天线等场景。 在导体端,超低粗糙度铜箔是降损的关键抓手。降低表面粗糙度可减少高频电流路径的散射损失,并改善阻抗一致性,为高速信号提供更稳定的传输界面。围绕镜面铜箔、表面处理一致性与粘结界面优化的协同研发正在加速。 在结构与可靠性端,复合基板与增强方案用于兼顾低损耗与强度需求。例如引入芳纶等增强材料以改善PTFE体系的机械性能,使其在振动、弯折等工况下保持电性能稳定,拓展其在机器人关节、车载与复杂环境设备中的应用范围。 在制造端,精密加工是释放材料价值的必要条件。更高精度的层压对准控制、更低粗糙度的激光钻孔与孔壁质量管理、更平整的表面镀层方案等,都有助于降低阻抗突变与界面散射,提升高频链路一致性与良率。对高频高速板而言,制造能力正从“做得出来”转向“做得一致、可量产”。 前景——向太赫兹与“近零衰减”迈进,材料创新与产业化并重 面向更高频段与更大带宽,低介电材料的演进方向逐步清晰:一是进一步降低Df,并提升从直流到太赫兹的宽频稳定性,减少频率漂移带来的系统不确定性;二是适配高集成封装、天线与互连一体化趋势,在更小尺寸内实现更高可靠性与更低功耗;三是强化产业化能力,通过材料体系突破、工艺窗口扩大与测试评价体系完善,提升供应链稳定性与工程可用性。 可以预见,在6G、数据中心升级与低轨卫星规模化部署等需求驱动下,低损耗材料与高频高速PCB将从“高端选配”加速走向“工程标配”。谁能在材料、制造与应用验证上率先形成闭环,谁就更有可能在下一代高速互连竞争中占据主动。
从十GHz到百GHz,损耗问题的凸显,本质上是信息基础设施升级带来的“物理约束回归”。低介电、低损耗材料的突破与系统级协同优化,正在为高速互连与高频通信拓展技术边界。谁能在材料原创、工艺能力与工程化验证上形成闭环,谁就更有可能在下一轮产业升级中把握主动权。