问题——高频高速时代“损耗墙”凸显,传统材料难以支撑 通信网络向更高带宽、更低时延迈进的背景下,产业端多条技术路线同步提速:面向下一代移动通信的更高频段探索持续推进,数据中心交换与光互连向800G及更高速率演进,芯片到板级互连的SerDes通道速率不断刷新。频率上移带来的直接挑战是传输损耗快速增加:通用基板在高频条件下插入损耗显著上升,导致接收端有效功率下降、噪声占比抬升,眼图收敛、裕量缩小,系统误码率与稳定性风险同步增大。以多通道高密度布线场景为例,高速差分链路集中在有限板面积内,损耗容忍度深入收紧,材料与工艺的短板被放大。 原因——介电常数与损耗因子成为核心变量,叠加铜箔与工艺效应 业内普遍将“低介电、低损耗”视为高频高速互连的材料底座,其关键指标主要体现在两上。 一是介电常数(Dk)决定电磁波介质中的传播速度与色散水平。Dk越低,传播延迟越小、频率对应的的相位漂移越可控,有利于宽频带条件下保持信号边沿和时序一致性。随着系统从多GHz走向百GHz甚至更宽频段,Dk稳定性的重要性上升,材料不仅要“低”,还要“稳”。 二是损耗因子(Df)反映介质把电场能量转化为热的比例,直接影响介质损耗,并与插入损耗呈强相关。Df越低,单位长度的能量衰减越小,链路预算更充裕,系统可在更低发射功率下达到同等误码水平,从而降低能耗和散热压力。 同时,高频损耗并非仅由介质决定。铜箔粗糙度在趋肤效应作用下会放大导体损耗;阻抗不连续、过孔粗糙、表面处理不平整等制造细节,会以反射、散射等方式进一步侵蚀链路裕量。换言之,材料指标提升若缺乏系统级配套,效果会在加工与结构环节被“打折”。 影响——从产品良率到能耗预算,高频高速材料成为产业竞争高地 高频高速互连对材料的拉动,首先体现在数据中心与光模块等量产场景。随着端口速率提高,同等板长与走线密度下的损耗增量会压缩眼图高度和抖动裕量,影响整机误码、调试窗口与量产一致性。对追求能效的系统来说,更低损耗意味着可降低发射端均衡与补偿强度,减少功耗与发热,有利于整体PUE优化。 从产业格局看,高端低介电低损耗材料与高频高速PCB已成为资本与订单集中方向。多家研究机构对未来几年高频高速PCB市场规模持增长判断,低损耗材料占比提升趋势明确。另外,国际厂商在高端材料供给上仍具领先优势,国内虽具备制造规模与应用场景优势,但在超低Df配方体系、宽频段稳定性、批量一致性验证等仍面临追赶压力。高端材料受制于人,将在一定程度上影响高端交换设备、光互连、卫星互联网与新型终端的供应链韧性。 对策——以材料为牵引,推动“铜箔—结构—工艺”协同攻关与验证 业内普遍认为,突破路径需坚持系统工程思维,形成可量产、可验证的组合方案。 其一,在材料体系上优化树脂与填料体系,通过纳米填料分散、分子链取向控制等手段降低极化损耗,推动Df向更低水平迈进,同时提升Dk在宽频段内的稳定性,兼顾耐热、机械强度与吸湿控制,满足数据中心长时间运行与复杂环境应用。 其二,在导体与表面上提升铜箔品质,向更低粗糙度方向发展,减少高频电流在粗糙表面产生的额外损耗,并与高一致性压合、可靠的表面处理工艺相匹配,以稳定信号通道特性。 其三,在制造环节强化精密化能力,包括更高的层压对准精度、更平滑的孔壁与更可控的阻抗连续性,减少反射与散射带来的附加损耗;在高速链路设计上强化仿真—样板—测试闭环,形成可复制的工程规范。 其四,在产业生态上强化标准与测试平台建设。高频材料性能需要以统一的测量方法、可靠性评估体系进行横向对标,推动从“指标好看”走向“系统好用、批量稳定”。 前景——向更宽频带与更低损耗演进,材料国产化窗口期正在形成 面向更高频段与更高密度集成,低介电材料的发展呈现三条主线:一是损耗进一步下降,向更低Df目标逼近,以支撑更长距离、更高密度互连;二是频带拓展,从传统测试频点走向更宽频段覆盖,满足从板级互连到天线馈电网络的多场景需求;三是材料与工艺一体化,强调可制造性、可维修性与全寿命周期可靠性。 从产业节奏看,数据中心交换升级、光模块迭代、卫星互联网与新型终端需求叠加,将持续拉动高频高速板材与配套铜箔、化学品、设备的协同升级。国内企业若能在材料配方、关键原料、测试验证与规模化一致性上形成突破,有望在新一轮技术换代窗口中实现从“跟跑”到“并跑”的跃升,并提升产业链安全与供给稳定性。
高频高速互连的竞争本质上是材料科学、制造工艺和系统工程的综合较量;降低损耗不仅关乎产品性能,更关系到产业链在下一代通信基础设施中的竞争力。面对100GHz以上的技术门槛,只有加快关键材料研发、完善工艺体系,才能在更高频段领域获得持续发展空间。