PCB材料的重要參數

影響線路衰減的一些重要的材料參數是：

介電材料的相對介電常數（ε r或 Er 或 Dk）

電介質的損耗角正切（tan（δ） 或 Df）

受集膚效應和表面粗糙度影響的導體電阻

是 PCB 的玻璃纖維編織成分。

充分了解傳輸線的這些特性和損耗機制可以幫助我們為我們的應用選擇正確的 PCB 材料。材料選擇是PCB設計過程的步。如今，高速數字板和 RF 產品的設計人員可以從數十種受控 Dk 和低損耗 PCB 材料中進行選擇。許多層壓板供應商已開發出專有的樹脂系統。

使用低 Dk 和 tan（δ） 材料來減少損耗

對于低損耗傳輸線，介電損耗（以 dB/英寸為單位）由以下公式給出：

αd（dB 每英寸）=2.32f tan（δ）√？r

αd（dB 每英寸）=2.32f tan（δ）？r

等式 1。

其中 f 是頻率，單位為 GHz。可以看出，介電損耗直接由材料的介電常數和損耗角正切決定。因此，我們可以使用tan（δ）較低的材料，并且ε r可以 盡可能地 限制？ d 。 建議用于極高 Gbps 收發器的三種材料選擇是Nelco 4000-13EPSI、Rogers 4350B 和 Panasonic Megtron 6。下面的圖 1 比較了這些材料與其他一些常見材料的損耗角正切。

圖 1. 不同 PCB 材料的損耗角正切與頻率的函數關系。圖片由英特爾提供

使用低 Dk 材料來減少電路板厚度

為了更好地理解如何使用低 Dk 材料來減少電路板厚度，請考慮圖 2 中所示的帶狀線。

圖 2. 帶狀線配置。圖片由Sierra Circuits提供

IPC 推薦的的帶狀線特性阻抗近似值是：

Z0=60？rln（2b+t0.8w+t）“ role=”presentation“ style=”box-sizing： inherit;

border： 0px; display： inline-block; line-height： 0; font-size：

18.08px; word-wrap： normal; word-spacing： normal; float：

none; direction： ltr; max-width： none; max-height：

none; min-width： 0px; min-height： 0px; margin：

0px; padding： 1px 0px; position：

relative;“》Z0=60√？rln（2b+t0.8w+t）Z0=60？rln（2b+t0.8w+t）等式 2。

在哪里：

t是金屬厚度（密爾）

w是線寬 （mil）

b是平面間距 （mil）

對于固定的 Z 0和走線寬度 w，如果我們使用具有較大 ε r 的 材料，那么我們必須增加平面之間的間距。換句話說，較大的ε r 可以增加板的整體厚度。在具有許多信號層的高密度電路板中，這會顯著增加電路板的厚度。較厚的電路板意味著您的設計需要具有較大縱橫比的過孔。通孔的縱橫比是其長度除以直徑。

例如，如果您的電路板厚度為 0.2”，通孔鉆孔直徑為 0.02”，則長寬比為 10:1。長寬比大有什么困難？回想一下，為了提供電氣連接，需要使用電鍍溶液在通孔內部覆蓋銅。圖 3 顯示了縱橫比為 15:1 的電鍍孔的橫截面。

圖 3. 比例為 15:1 的高深寬比電鍍孔的橫截面。圖片由C. Coombs提供

大多數 PCB 制造商都有能力創建縱橫比在 6:1 到 8:1 之間的過孔。隨著高寬比的增加，電鍍變得越來越困難，因為通孔筒的內部可以具有更薄的銅涂層。這甚至會使通孔中心在熱應力下更容易破裂。因此，對于較大的縱橫比，您可能必須使用更昂貴的 PCB 制造技術，并且會對終電路板的可靠性產生擔憂。選擇較低 Dk 的材料可以在一定程度上緩解這些問題。