引言

2025年，全球PCB市場正迎來一波強勁的“牛市”，全球總產值已達830億美金，而其中中國市場獨占鰲頭，拿下了將近57.2%的份額。

但隨著大模型服務器、6G通信對傳輸的要求向112Gbps甚至更高的速率邁進，“高頻高速”已成為PCB行業的必爭之地。與之一同到來的是更嚴苛的材料Dk/Df控制，更復雜的阻抗匹配，以及更棘手的信號完整性挑戰。在這個機遇與挑戰并存的時刻，一塊完美的高頻高速PCB究竟是如何“煉”成的？

本期文章將為您系統拆解從仿真、材料驗證、研發到量產測試的全流程測試方案。

一、什么是高頻高速 PCB ？

1.1 技術定義與核心參數

通常來說，高頻 PCB 通常指工作頻率≥1GMHz 的印制電路板，廣泛應用于 GHz 甚至毫米波頻段。而高速 PCB 則是指信號速率≥10Gbps 的數字電路，主要用于傳輸高速數字信號如 PCIe 5.0/6.0、DDR5/6 等。

高頻高速 PCB 的核心技術指標主要表現在材料特性和電氣性能兩個方面：

在材料特性方面

介電常數(Dk)和介質損耗因子(Df)是最關鍵的參數。理想的高頻高速PCB基材要求Dk值在2.0-4.5范圍內，且批次間偏差需≤±0.1，溫度變化(-40℃-125℃)導致的Dk波動需≤5%。Df值的要求更為嚴格，高頻場景下需≤0.005(1GHz時)，28GHz毫米波場景下需≤0.002。

在電氣性能方面

特性阻抗是傳輸線最核心的參數之一，常見的目標阻抗值為50Ω、75Ω(單端)和100Ω(差分)，高頻場景下阻抗控制精度需達到±5%以內，甚至更嚴格。阻抗匹配的重要性在于信號能量可以最大化地從源傳輸到負載，減少信號反射和損耗。

1.2 高頻高速PCB的分類

高頻高速 PCB 的分類體系可以從多個維度進行劃分，包括基材類型、應用頻率、數據傳輸速率等。

根據基材類型主要分為三大類：氟化物類基材（PTFE 為主）、改性 FR-4 類基材和陶瓷復合類基材。除了這些外類別外，也有一些基于其它特殊基材混合的PCB板。

從應用頻率角度，高頻高速 PCB 主要可分為：常規高頻板（1-10GHz）、超高頻板（10-30GHz）和毫米波板（>30GHz ）。

從信號傳輸速率角度，高頻高速 PCB 還可以分為：高速板（10-25Gbps）和超高速板（25Gbps 以上）。

二、高頻高速 PCB 技術發展趨勢

高頻高速 PCB 技術發展呈現出明顯的升級趨勢，主要體現在材料技術、制造工藝和產品結構三個方面。

01在材料技術方面

行業正向更高性能的材料體系演進。具體表現為：銅箔向 HVLP（超低輪廓銅箔）系列升級，滿足 AI 服務器低信號損耗需求；樹脂向低介電損耗類型發展，包括碳氫樹脂、聚苯醚（PPO）、聚四氟乙烯（PTFE）等，其中 PTFE 樹脂預計 2025 年在 AI 服務器中需求約 476 噸；玻纖布中低介電常數和石英布因應高速通信需求快速增長；硅微粉作為高性能填料，2024 年中國需求量 41.8 萬噸，預計 2025 年達 47.3 萬噸，增長 13.2%。

02在制造工藝方面

PCB 正向高密度、高頻高速演進。技術指標不斷提升：線寬精度向≤20μm 突破，覆銅板從 M6/M7 向 M8/M9 升級，技術壁壘持續提升。例如，某國內頭部PCB廠商率先引入低損耗材料，結合盲埋孔技術實現 PCB 信號傳輸速率達 112Gbps，適配 800G、1.6T 光模塊需求。

03在產品結構方面

高端產品占比持續提升。高多層板、HDI、類載板、封裝基板四大高端品類合計增速 18.8%，遠高于行業平均水平。根據權威機構預測，2026 年全球高多層 / HDI 新增有效產能將比 2023年增長42%。這種產能結構的優化反映了行業向高端化發展的趨勢。

三、高頻高速 PCB 的測試

3.1 測試內容

高頻高速 PCB 的電氣特性測試是確保產品質量和性能的關鍵環節，其測試內容體系涵蓋了從基本電氣參數到復雜信號完整性的多個維度。根據行業標準和實際應用需求，主要測試內容包括信號完整性測試和高頻特性測試兩大類。

信號完整性測試是高頻高速 PCB 測試的重要環節，因為其直接影響了終端產品的性能，主要包括以下項目：時域反射（TDR）測試，用于測量傳輸線阻抗和阻抗不連續性；時域傳輸（TDT）測試，分析信號在傳輸線中的衰減和時延；眼圖測試和抖動測試，包括隨機抖動和確定性抖動。

在阻抗測試方面，需要特別關注特性阻抗的控制精度。特性阻抗的典型要求為 50Ω 或 75Ω（單端）、100Ω（差分），公差要求 ±5%，頻率響應平坦度 ±2%。對于高速場景（如 32GT/s 以上信號），優先選擇帶寬≥20GHz 的矢量網絡分析儀（VNA），搭配差分探頭（如 Keysight N1021B）可實現 ±1% 的阻抗精度。

高頻特性測試則專注于射頻性能評估，主要包括：S 參數測試（10MHz-110GHz甚至更高），如S11和S21的測試，插入損耗和回波損耗都是PCB重要的性能指標；相位噪聲測試，要求在 10kHz 頻偏處≤-100dBc/Hz。這些指標直接反映了 PCB 在高頻應用中的性能表現。

除了上述主要測試項目，還包括一些輔助性測試內容：差分信號測試，包括 FEXT（遠端串擾）、NEXT（近端串擾）、PS_Crosstalk（功率和串擾）、ICR（同向串擾抑制比）、ICN（同向串擾噪聲）等參數；時序參數測試，包括 Jitter（抖動）、差分對延時等；材料參數測試，包括介電常數（Dk）/ 介質損耗（Df）等。

3.2 測試的挑戰

高頻高速 PCB 測試面臨著諸多技術挑戰，這些挑戰源于材料特性、測試準確度、校準和成本控制等多個方面。

材料特性的測量和控制是首要挑戰。高頻高速 PCB 對材料的介電常數（Dk）和介質損耗（Df）要求極為嚴格，不僅要求數值低，更要求在溫度、頻率變化時保持穩定。然而，這些參數的測量本身就存在很大難度。例如，Dk 值的批次間偏差需控制在≤±0.1，溫度變化（-40℃-125℃）導致的 Dk 波動需≤5%。同時，不同批次材料的特性差異、加工過程中材料特性的變化等都增加了測試的復雜性。

高頻信號完整性測試是另一個重要挑戰。在 10GHz 以上頻段，材料的介電損耗（Df）和導體損耗導致信號衰減加劇；阻抗允許誤差要求更嚴苛，需要達到 ±5% 甚至更嚴格的容差要求；高密度布局和差分信號對間的電磁耦合導致串擾嚴重，影響信號準確性。特別是在毫米波頻段（28GHz 以上），這些問題更加突出，對測試設備的性能和測試方法的精度提出了極高要求。

校準是確保測試準確性的關鍵挑戰。高頻測試對環境因素極為敏感，溫度變化、電磁干擾、機械振動等都會影響測試結果。例如，溫度穩定性要求達到 ±0.01dB/°C，這對測試環境的恒溫控制提出了很高要求。同時，測試設備的校準也面臨挑戰，特別是在高頻段，校準件的精度、校準方法的選擇等都直接影響測試結果的可靠性。

成本控制和量產測試的效率問題在工業化生產中尤為重要。傳統的人工測試方法效率低下，難以滿足大規模生產的需求。例如，傳統的測試方法可能需要 30 分鐘 / 塊，而采用自動化測試系統可以縮短至 5 分鐘 / 塊。但是，建立自動化測試系統需要大量的前期投入，如何在測試精度、測試效率和成本控制之間找到平衡，是 PCB 制造商面臨的現實挑戰。

為應對這些挑戰，行業正在發展多種創新解決方案：采用三維電磁仿真與測試數據比對技術，通過模型校準提高仿真精度，減少物理測試次數；引入機器學習算法，基于歷史測試數據預測 PCB 性能；對于毫米波 PCB，采用近場掃描技術，可視化電磁場分布，精確定位阻抗異常點等。

四、是德科技的高頻高速 PCB 解決方案

4.1 高頻高速PCB材料測試

“設計未動，材料先行”，高頻高速PCB性能和產品的性能，最終決定于PCB本身使用的材料，樹脂，玻纖和銅箔以及其它各種輔料。這些材料參數的準確數值對于確保高頻高速 PCB 的性能至關重要。Keysight的網絡分析儀配合專用的測試夾具和軟件，能夠在寬頻率范圍內（110GHz甚至更高）精確測量 PCB 材料的介電常數（Dk）和介質損耗（Df）。

Keysight與合作伙伴共同提供的110G高頻材料測試系統

4.2高頻高速 PCB 特性仿真

?ZA0129AS PCB仿真軟件針對10Gbps 以上高速通道傳輸中的阻抗和損耗控制而設計，即使在數十層的高度疊層設計中也能精確預測 PCB 阻抗和插損特性。它包括一個綜合材料數據庫、疊層設計工具和阻抗 / 插入損耗計算器，所有功能都集成在一個統一的系統中。使用該軟件，可以在幾分鐘內搞定阻抗和損耗的精確計算，避免了耗時的原型制作和比較，減少了重復試錯的次數，幫助企業選擇合適的材料從而降低成本。目前已經被很多PCB廠家作為量產前PCB特性的仿真工具。

精準高效的高頻高速PCB阻抗與損耗仿真ZA0129AS軟件界面，支持多個廠家的材料庫

?先進設計系統（Advanced Design System，ADS）

除了ZA0129AS以外，是德科技還提供ADS高速電路仿真設計平臺，該平臺提供了完整的信號與電源完整性仿真解決方案。ADS 軟件的獨特優勢在于其協同仿真能力。通過PCB和單個元器件協同仿真，可以分析完整的芯片間鏈路，包括通道、電路或物理層。這種方法能夠在設計早期發現潛在問題，避免后期的反復修改，是產品研發設計工程師的必備工具。

4.3 高頻高速PCB 性能研發與驗證測試

前面已經提到，高頻高速PCB的特性阻抗與損耗，信號完整性（SI）與電源完整性（PI）等都是在研發過程中要重點測試的項目。是德科技提供了一系列高性能網絡分析儀，專門針對高頻高速 PCB 測試需求進行了優化設計。是德科技的網絡分析儀可以通過加載TDR選件，具備強大的時域分析功能，將頻域測量數據轉換為時域波形，實現對阻抗不連續性的精確定位。這種時域 - 頻域聯合分析能力已經成為診斷高速 PCB 的信號完整性問題的行業標準。

除了利用網分產品測試PCB無源特性之外，研發過程中還會使用示波器對PCB在有源狀態下做驗證。是德科技的V系列，Z系列以及UXR高端示波器及各種探頭，是各種高頻高速PCB及產品性能測試的強大工具。

4.4 高頻高速PCB產線測試方案

在生產線上，各個廠家會根據自己的產品良率采用不同的測試方法和策略，如產品良率較高，可能會采取抽樣測試；產品良率較低，可能會采用全測的策略。無論是什么樣的測試策略，能夠提高測試效率的自動化測試已經成為一個趨勢，是德科技根據廠家的不同策略提供相匹配的測試方案。

基于N5227A的單層PCB手動測試 基于N5227A及開關矩陣的多層PCB自動化測試

小結

全球PCB 市場尤其是中國市場呈現強勁增長態勢，高頻高速 PCB 作為技術發展方向，向更高性能材料、更精密制造工藝和更高端產品結構演進，同時也面臨著包括材料特性控制、阻抗和插損測試、高頻信號完整性測試、多參數綜合分析和成本控制等諸多挑戰。

是德科技提供的完整的高頻高速材料及PCB仿真和測試方案，在頻率范圍、測量精度、測試速度和智能化程度等方面都代表了業界領先水平，為高頻高速PCB廠家的研發和生產提供堅強的后盾。

關于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創新者，助力他們將改變世界的技術帶入生活。作為一家標準普爾 500 指數公司，我們提供先進的設計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產品生命周期中更快地完成開發和部署，同時控制好風險。我們的客戶遍及全球通信、工業自動化、航空航天與國防、汽車、半導體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創新，創造一個安全互聯的世界。