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@工程师,高速PCB材料的选择需要满足5大要求,你造吗?
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2020-5-25 8:47:45

作为一名合格的、优秀的PCB设计工程师,我们不仅要掌握高速PCB设计技能,还需要对其他相关知识有所了解,比如高速PCB材料的选择。这是因为,PCB材料的选择错误也会对高速数字电路的信号传输性能造成不良影响。

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一般高速PCB材料要求如下: 

1、低损耗、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好) 

2、稳定的Dk/Df参数(随频率及环境变化系数小) 

3、材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好) 

4、低铜箔表面粗糙度(减小损耗) 

5、尽量选择平整开窗小的玻纤布(减小skew和损耗)

接下来,我们就对上述高速PCB材料的5点要求做较为详细的说明。

高速信号的完整性主要与阻抗、传输线损耗及时延一致性有关,在接收端能接收到合适的波形及眼图就可算为信号完整性得到保证,故高速数字电路的PCB材料选择的主要参数指标就是Dk、Df、损耗等。

无论是模拟电路还是数字电路,PCB材料的介电常数Dk是材料选用的一个重要参数,因为Dk值与应用于该材料的实际电路阻抗值关系密不可分。当PCB材料的Dk值变化时,无论是随频率变化还是随温度变化,电路的传输线阻抗都会产生意想不到的变化,进而对高速数字电路的信号传输性能造成不利的影响。如果PCB材料的Dk对不同频率的谐波成分呈现不同值,阻抗也随之在不同频率下出现不同的阻值,Dk值和阻抗的非预期改变,将导致谐波成分产生一定程度的损耗和频率偏移,会使高速数字信号的模拟谐波成分产生失真,进而使信号的完整性下降。

与Dk值密切相关的色散也是材料的一种特性,Dk值随频率变化越小,色散就越小,对高速数字电路应用就越好。介质材料的极化,材料的损耗以及高频段铜导体的表面粗糙度等各种不同因素都会引起电路的色散。所以高速材料的Dk值要求稳定,在不同频率段和温度下,其变化波动越小越好。

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传输线损耗通常有介质损耗、导体损耗和辐射损耗三种。

介质损耗也可称之为绝缘层损耗,PCB信号的绝缘层损耗随频率的增加而增加,特别是随高速数字信号的高阶谐波成分的频率变化,将产生严重的幅度衰减,从而导致高速数字信号的失真。介质损耗是与信号频率、绝缘层的介电常数Dk的平方根以及绝缘层的介电损失因数Df均成正比。

导体损耗是与导体的种类(不同种类有不同的电阻)、绝缘层及导体的物理尺寸有关,与频率的平方根成正比;在PCB制造上,使用不同基板对导体损耗主要影响是由趋肤效应和表面粗糙度造成的,使用不同的铜箔时信号线的表面的粗糙是不一样的,受趋肤效应/深度影响,铜箔铜牙长度将直接关系到高速信号的传输质量,铜牙长度越短,高速信号传输质量越好。

辐射损耗是与介电特性有关,与介电常数Dk、介电损失因数Df以及频率的平方根成正比。

提醒:越好的材料其成本也相应的越高,工程师应该在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点,从而满足产品的最佳性价比。

(图文内容整理自金百泽科技及网络)

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