极细同轴电缆技术简介

3
项目
单位
技术指标 FEP PFA
≤2.02 ≤2.01 — ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤7.0³10-5 ≤7.0³10-5 — ≤4.0³10-4 ≤4.0³10-4 ≤3.5³10-4 ≤3.5³10-4 ≤3.0³10-4 20～40 ≥15 520～630 ≥10
18
≤2.02 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤2.01 ≤7.0³10-5 ≤7.0³10-5 ≤4.0³10-4 ≤4.0³10-4 ≤3.5³10-4 ≤3.5³10-4 ≤3.0³10-4 25～70 ≥17 ≥490 ≥1018 ≥25 -15～15 ≥300 -15～15 2.13～2.18 ≥80 305 260
-2
2
-3 绝缘直 -³． ³³ 径标称 值， 单位 为毫米
3
-4
4
-5
5
-6
镀银铜包钢单线
6
7
8
注：当外导体为镀层或金属箔绕(纵包)+金属丝编织或缠绕时，在上述外导体代号前加字母“P”。
2.3 内导体 内导体材料通常使用镀银或镀锡铜(合金)线，在一些特殊使用场合还可能用到镀银铜包钢线。 内导体多采用“1+6”的绞合结构。为了进一步提高电缆的柔软性，也可采用“1+6+12”的 绞合结构，但这增加了保证电缆阻抗均匀性的难度。构成绞合导体的单丝直径从 0.0098mm 至 0.102 mm 不等。外径细、使用中很少经历弯曲的电缆偶尔也采用实心导体结构。 2.4 绝缘 通常情况下，绝缘材料多选用具有优异的机械物理性能、耐高低温性能、电气性能和阻
分类 代号 含义 绝 缘 外 径 在 1mm UC 以 下 的 同 轴 电 缆 代号 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F0 绝缘 含义 实心可熔性全氟烷氧基共聚物 实心聚全氟乙丙烯 泡沫可熔性全氟烷氧基共聚物 泡沫聚全氟乙丙烯 泡沫皮可熔性全氟烷氧基共聚物 泡沫皮聚全氟乙丙烯 氟塑料薄膜绕包烧结 代号 F1 F2 F7 A PET V F0 护套 含义 可熔性全氟烷氧基共聚物 聚全氟乙丙烯 乙烯-四氟乙烯共聚物 镀铜聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜 聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜 柔软型聚氯乙烯 氟塑料薄膜绕包烧结 标称特性阻抗 代号 -42 -45 -50 -75 含义 42Ω 45Ω 50Ω 75Ω
≥20 -15～15 ≥300 -15～15 2.13～2.18 ≥80 260 200
8 9 10 1160±2)℃， 7³24h；FEP：(200±2)℃， 7³24h。 注2: 熔融指数的选取应根据绝缘外径和生产速度来确定。
绝缘型式多为实心结构。在医疗设备或工业机器人用电缆中，还会大量用到泡沫或泡沫皮 绝缘结构，以进一步减小电缆尺寸。一些尺寸相对较大的电缆，也采用氟塑料薄膜绕包，然后 通过高温烧结而形成绝缘层。 尺寸较大的单芯同轴电缆，绝缘颜色通常为绝缘料本色，以尽可能减少颜料对传输性能的 影响。尺寸较小的单芯同轴电缆，由于加工组件时通常采用激光剥线，为了充分利用激光的热 效应，绝缘颜色宜采用浅灰色或浅蓝色。 2.5 外导体 电缆的外导体通常采用镀锡铜合金线或镀银铜合金线缠绕或编织。对于电磁屏蔽要求较高 的电缆，还会在缠绕或编织层外绕包一层几微米厚的单面复合铜箔。
表2 电缆规格代号及含义
绝缘标称直径 代号 含义 内导体材料及结构 代号 -1 含义 镀银铜或镀银铜 合金绞线 镀银铜或镀银铜 合金单线 镀锡铜或镀锡铜 合金绞线 镀锡铜或镀锡铜 合金单线 镀银铜包钢绞线 代号 1 外导体材料及结构 含义 镀银铜或镀银铜合金线 单层缠绕 镀银铜或镀银铜合金线 双层缠绕 镀银铜或镀银铜合金线 单层编织 镀银铜或镀银铜合金线 双层编织 镀锡铜或镀锡铜合金线 单层缠绕 镀锡铜或镀锡铜合金线 双层缠绕 镀锡铜或镀锡铜合金线 单层编织 镀锡铜或镀锡铜合金线 双层编织 ³NF N为芯数,F表示带状电 缆 ³NP ³N N为芯数,圆形电缆 N为芯数,P表示带总屏 蔽的多芯圆形电缆 省略 单芯 电缆芯数及补充说明 代号 含义
极细同轴电缆技术及标准简介 代康 肖飚 成都普天电缆股份有限公司 摘要：本文介绍了极细同轴电缆的出现背景、技术特点及工艺流程，并以《绝缘外径在 1mm 及 以下的极细同轴电缆及组件》国家标准（报批稿）为依据，介绍了极细同轴电缆的主要性能要 求。 关键词：极细同轴电缆 标准 氟塑料 挤塑 1. 引言 近年来，以手机、笔记本电脑为代表的消费类电子产品和通信、医疗、军事类电子产品微 型化发展趋势加快，性能要求不断提高，这些产品内传输各种频率信号的带状电缆、柔性电路 板（FPC）等传统布线元件迅速被传输速率高、频带宽且抗电磁干扰强的极细同轴电缆取代。特 别是上世纪九十年代中期移动通信的普及，更是促进了极细同轴电缆的研发和规模生产。这类 电缆具有以下几个特点： a) 电缆尺寸几乎达到了目前的加工极限，常见的单芯同轴电缆外径在 0.15mm～1.4mm 之 间，已有直径为 0.0096mm 的导体单丝； b) 电缆使用频率在 10MHz～6000MHz 之间，使用场合不同的电缆的传输特性各有侧重； c) 电缆具备良好的机械物理性能， 尤其是用于连接活动模块的电缆具有很强的抗弯曲和扭 转能力； d) 电缆工作电压通常较低， 但由于其绝缘很薄， 因此要求绝缘层应能耐受较高的击穿场强； e) 多数情况下，电缆使用空间狭窄，散热条件较差，电缆应具备较高的耐温等级。 目前， 全球生产极细同轴电缆及组件历史较长、 制造能力最强的生产商是日本的住友电工、 藤仓和日立电线，国内企业处于起步阶段，且基本停留在生产较低档次的产品上。由于产品没 有统一的行业标准，用户不得不以几家日本企业的产品规格书为订货依据。此种尴尬局面，和 我国电子产品制造大国的地位极不相称。 2006 年 11 月,成都普天电缆股份有限公司提出起草极细同轴电缆及其组件的通信行业标准 的建议，得到中国通信标准化协会（ CCSA）的批准，随后还被确立为国家标准起草项目。此标 〔1〕 准已经于 2009 年完成了报批稿 。本文将围绕该报批稿，介绍产品的结构特点、性能要求和主 要制造工艺。 2．电缆结构 2.1 电缆结构分类 极细同轴电缆可按芯数多少分为单芯和多芯两大类，多芯电缆又可分为圆形电缆和带状电缆 两类。 构成多芯电缆的每一根同轴缆与单芯电缆具有相同结构。 电缆典型结构如图 1～图 3 所示。
〔 〕
注1：可熔性全氟烷氧基共聚物简称为PFA、聚全氟乙丙烯简称为FEP、聚对苯二甲酸乙二醇酯简称为PET、乙烯-四氟乙 烯共聚物简称为ETFE。 注2: 带状电缆护套通常采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜粘贴形式。 注3: 聚对苯二甲酸乙二醇酯用于护套时允许采用自粘型薄膜绕包形式。 注4: 多芯圆形电缆护套材料的表述形式为“单芯电缆护套材料代号”+“外护套材料代号”，单芯电缆没有护套时则直接 给出外护套材料代号。 注5: 标称特性阻抗除了上述值外,根据具体应用的不同可有其它值。
图1
缠绕型外导体单芯同轴缆及其构成的多芯电缆
图 2 编织型极细同轴缆
图 3 带状多芯电缆 2.2 电缆型号规格 由于极细同轴电缆的应用面广，因此性能要求差异也比较大，电缆的结构和所用的材料变
化也比较多。为了能较准确地区分电缆的结构，标准 1 不得不采取了较复杂的命名方法。电缆 型号由型式代号、规格代号两部分组成。型式代号及含义见表 1，规格代号及含义见表 2。 表1 电缆型式代号及含义
燃性能的氟塑料，如可熔性全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)。表 3 列出了适合于生 产极细同轴电缆的氟塑料技术指标。其中 PFA 主要用于柔软性要求高或绝缘外径小于 0.3mm 的 极细同轴电缆，FEP 主要用于柔软性要求低或绝缘外径大于 0.3mm 的极细同轴电缆。 表 3 适合于生产极细同轴电缆的氟塑料技术指标
序号 介电常数 100kHz 1MHz 1 600MHz 1GHz 2GHz 5GHz 10GHz 介质损耗角正切值 100kHz 1MHz 2 600MHz 1GHz 2GHz 5GHz 10GHz 3 4 5 6 7 熔融指数（5kg,372℃） 压缩强度 弯曲模量 （23℃） 体积电阻率 抗张强度（23℃） 热老化后抗张强度变化率 断裂伸长率 （23℃） 热老化后断裂伸长率变化率 密度 击穿场强 (试样厚度0.25mm) 熔点 最高连续工作温度(20 000小时) g/10min MPa MPa Ω ²cm MPa % % g/cm
2.6 单芯电缆护套 单芯电缆的护套形式有两种： a) 挤包一层塑料， 常用的塑料为 FEP、 PFA、 ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)和 PVC （聚氯乙烯） ； b) 绕包一层自粘型聚酯（PET）薄膜。 根据实际需要，护套层的颜色可为白、红、黑、黄、紫、蓝、橙、绿、棕、灰等颜色。 2.7 多芯电缆 根据实际使用需要，可将若干根单芯同轴电缆(多者可达 300 芯以上)采用同心式或单位式绞 合成缆芯， 然后在缆芯外进行编织屏蔽， 最后挤包一层塑料护套。 常见的护套材料为 PVC、 橡胶、 氟塑料等。带状电缆则是将多根单芯同轴电缆并列地排列成一行并用 PET 薄膜或镀铜 PET 薄膜 粘结成带状。 3. 性能要求 3.1 指标确定原则 以当前电缆精细加工所能达到的水平，要制造出在传输性能、机械物理性能和环境性能各 方面均优异的极细同轴电缆还有较大难度；而由于电缆多加工为短段组件使用，对电缆传输性 能提出过高的要求是不必要的， 属于 “设计过剩” (over design)。 应当根据电缆的实际使用要求， 提出恰当的性能要求。即使是相同结构尺寸的电缆，由于使用场合的不同，其性能的要求也不 尽相同。 基于此原则， 编制标准时对部分指标进行了分级或或留待电缆制造商与用户协商确定。 3.2 极细同轴电缆的检测项目 3.2.1 结构尺寸 电缆结构尺寸测试项目主要有导体尺寸、绞合节距、编织或缠绕节距、绝缘最小厚度、护 套最小厚度、绝缘和护套的同心度、电缆外径等。由于电缆尺寸较小，进行上述指标测试时通 常采用测量显微镜进行测量。 3.2.2 机械物理性能和环境性能 3.2.2.1 电缆拉断力 目前，极细同轴电缆在使用过程中受到外力拉伸时，通常内导体先断裂。据此，规定单芯 电缆或多芯电缆中的每根单芯电缆在拉伸试验时，内导体断裂时的拉力即为电缆“拉断力” 。考 虑到使用场合的多样性，此指标由电缆制造商与用户协商确定。 3.2.2.2 弯折和扭转寿命 用于某些场合（如翻盖或屏幕旋转手机）的电缆常常会受到弯折和扭转,这种机械运动可能 会破坏电缆结构，最终导致电缆失效。考虑到不同的使用场合对电缆的弯折和扭转寿命要求各 不相同，对此指标进行了分级处理。具体规定为单芯电缆或多芯电缆中的每根单芯电缆的弯折 和扭转寿命达到以下水平： a) 普通场合使用的电缆：1 000次以上； b) 频繁弯折场合使用的电缆:100 000次以上； c) 弯折和扭转时电缆上所承受的拉力应不小于电缆拉断力的10%。 试验方法如下： a) 弯折寿命试验 将长约 500mm 的试样如图 4a 所示垂直悬挂，在试样下端挂一砝码，其重量不小于电缆拉断 0 力的 10% ，然后按○ 1 →○ 2 →○ 3 →○ 4 的步骤对试样进行弯折，每个步骤弯折角度为 90 ，弯折半径 为 12.7mm，以上 4 个步骤完成后为一次循环。每分钟循环次数不少于 15 次。试验时应将指示灯 或蜂鸣器接在试样两端的内导体上以指示内导体的通断情况。 当内导体出现断裂时终止试验，并记录此前已完成的循环次数。 b) 扭转寿命试验 将长约 600mm 的试样夹到工作原理如图 4b 所示的扭转机上，夹具间隔 300mm，在试样一端 挂一砝码，其质量不小于电缆拉断力的 10%。然后按○ 1 →○ 2 →○ 3 →○ 4 的步骤对试样进行扭转，每 0 个步骤扭转角度为 180 ，完成以上四个步骤为一个循环，每分钟循环次数不少于 30 次。试验时 应将指示灯或蜂鸣器接在试样两端的内导体上以指示内导体的通断情况。