pcb板材選取與高頻pcb制板工藝要求(v2)

1、1高頻布線工藝和PCB板選材國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心張建慧張建慧饒龍記饒龍記[鄭州鄭州1001信箱信箱787號(hào)]摘要：摘要：本文通過(guò)對(duì)微帶傳輸特性、常用板材性能參數(shù)進(jìn)行比較分析，給出用于無(wú)線通信模擬前端、高速數(shù)字信號(hào)等應(yīng)用中PCB板材選取方案，進(jìn)一步從線寬、過(guò)孔、線間串?dāng)_、屏蔽等方面總結(jié)高頻板PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：PCB板材、PCB設(shè)計(jì)、無(wú)線通信、高頻信號(hào)近年來(lái)在無(wú)線通信、光纖通信、高速數(shù)

2、據(jù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品不斷推出，信息處理高速化、無(wú)線模擬前端模塊化，這些對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、IC工藝、微波PCB設(shè)計(jì)提出新的要求，另外對(duì)PCB板材和PCB工藝提出了更高要求。如商用無(wú)線通信要求使用低成本的板材、穩(wěn)定的介電常數(shù)（εr變化誤差在12％間）、低的介電損耗（0.005以下）。具體到手機(jī)的PCB板材，還需要有多層層壓、PCB加工工藝簡(jiǎn)易、成品板可靠性高、體積小、集成度高、成本低等特點(diǎn)。為了挑戰(zhàn)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，電子工程師必須在材料性能、成本

3、、加工工藝難易及成品板的可靠性間采取折衷。目前可供選用的板材很多，有代表性的常用板材有：環(huán)氧樹(shù)脂玻璃布層壓板FR4、多脂氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯玻璃布F4、改性環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R4等。特殊板材如：衛(wèi)星微波收發(fā)電路用到藍(lán)寶石基材和陶瓷基材；微波電路基材GX系列、RO3000系列、RO4000系列、TL系列、TP12系列、F4B12系列。它們使用的場(chǎng)合不同，如FR4用于1GHz以下混合信號(hào)電路、多脂氟乙烯PTFE多用于多層高頻電路板、聚四氟乙烯

4、玻璃布纖維F4用于微波電路雙面板、改性環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R4用于家用電器高頻頭（500MHz以下）。由于FR4板材易加工、成本低、便于層壓，所以得到廣泛應(yīng)用。下面我們從微帶傳輸線特性、多層板層壓工藝、板材參數(shù)性能比較等多個(gè)方面分析，給出了對(duì)于特殊應(yīng)用的PCB板材選取方案，總結(jié)了高頻信號(hào)PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供廣大電子工程師參考。1微帶傳輸線傳輸特性板材的性能指標(biāo)包括有介電常數(shù)εr、損耗因子（介質(zhì)損耗角正切）tgδ、表面光潔度、表面導(dǎo)體導(dǎo)電率、抗剝強(qiáng)度

5、、熱漲系數(shù)、抗彎強(qiáng)度等。其中介電常數(shù)εr、損耗因子是主要參數(shù)。高速數(shù)據(jù)信號(hào)或高頻信號(hào)傳輸常用到微帶線（MicrostripLine），由附著在介質(zhì)基片兩邊的導(dǎo)帶和導(dǎo)體接地板構(gòu)成，且導(dǎo)帶一部分暴露在空氣中，信號(hào)在介質(zhì)基片和空氣這兩種介質(zhì)中傳播引起傳輸相速不等會(huì)產(chǎn)生輻射分量、如果合理選用微帶尺寸這種分εrdtw3圖二Z0和Wd、εr間的關(guān)系以汕頭超聲印制板廠提供的板厚1.68mm(頂層厚0.3mm)的FR4S1139為例，給出50歐姆75歐

6、姆微帶傳輸線線寬參數(shù)，見(jiàn)表一。四層板d=0.3mm八層板d=10mil介電常數(shù)εrWd有效介電常數(shù)特性阻抗線寬W傳播損耗（dBm）線寬W傳播損耗（dBm）0.2783.041003mil0.1251不準(zhǔn)確0.7033.24758mil0.12377mil0.1267FR44.2~5.4以4.8為準(zhǔn)1.693.445020mil0.125717mil0.12840.392.561004mil0.1090.8892.737510mil0.1

7、10S11393.82.02.9295024mil0.118注t厚度為1OZ35um1.37mil表一50歐姆75歐姆微帶傳輸線線寬參數(shù)同樣在六層板和八層板微帶傳輸線設(shè)計(jì)中如果已知微帶線的介質(zhì)厚度d，根據(jù)Wd值可以計(jì)算出微帶傳輸線線寬W。（2）微帶傳輸線損耗微帶傳輸線損耗由三個(gè)因素決定：半開(kāi)放性引起的輻射（這種損耗很小）；介質(zhì)熱損耗αd（板材原因）；高頻趨膚效應(yīng)引起的導(dǎo)體損耗αc。導(dǎo)體損耗是主要的，導(dǎo)體損耗αc與Wh（h為基片厚度）成反

8、比，也與光潔度有關(guān)。當(dāng)Wh一定，介質(zhì)損耗與損耗因子和頻率成正比。（3）微帶色散特性當(dāng)頻率高到微帶尺寸相對(duì)頻率高到微帶尺寸相對(duì)λ4或λ2足夠大時(shí)，將出現(xiàn)嚴(yán)重色散特性還足夠大時(shí)，將出現(xiàn)嚴(yán)重色散特性還增加了輻射損耗增加了輻射損耗。如果固定在某個(gè)頻率，在此頻率下色散效應(yīng)可不考慮。阻抗越低、基片越厚、εr越高，微帶色散越嚴(yán)重，或板材確定后，頻率愈高色散愈嚴(yán)重。（4）信號(hào)在介質(zhì)中的傳輸波長(zhǎng)和相速λc為實(shí)際在自由空間中傳播波長(zhǎng)。由此可見(jiàn)εe越高波長(zhǎng)減

9、短，信號(hào)在傳輸越高波長(zhǎng)減短，信號(hào)在傳輸線中的相速降低。由相速和傳輸線長(zhǎng)可得傳播時(shí)延線中的相速降低。由相速和傳輸線長(zhǎng)可得傳播時(shí)延t=VpL。2帶狀線傳輸特性微帶傳輸線在介質(zhì)基片和空氣兩種媒質(zhì)中傳輸，帶狀線在同一媒質(zhì)中傳輸，有邊緣電容。其傳輸特性阻抗、損耗、傳播波長(zhǎng)與介質(zhì)材料的關(guān)系同微帶傳輸線相似，與Wbtb有關(guān)，與微帶傳輸線不同的是t對(duì)傳輸特性阻抗的影響較大。圖三為帶狀線傳輸示意。1.6mm厚、八層PCB板、FR4板材的PCB單板，其50