PCB材料的重要參數(shù)

影響線路衰減的一些重要的材料參數(shù)是： 

•  介電材料的相對(duì)介電常數(shù)（ε r或 Er 或 Dk）
• 電介質(zhì)的損耗角正切（tan(δ) 或 Df）
• 受集膚效應(yīng)和表面粗糙度影響的導(dǎo)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(jī)制可以幫助我們?yōu)槲覀兊膽?yīng)用選擇正確的 PCB 材料。材料選擇是PCB設(shè)計(jì)過程的步。如今，高速數(shù)字板和 RF 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員可以從數(shù)十種受控 Dk 和低損耗 PCB 材料中進(jìn)行選擇。許多層壓板供應(yīng)商已開發(fā)出專有的樹脂系統(tǒng)。 

使用低 Dk 和 tan(δ) 材料來減少損耗

對(duì)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)√?rαd(dB 每英寸)=2.32ftan(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(shù)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(fā)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(shù)關(guān)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(qǐng)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：

$$Z_0=\frac{60}{\sqrt{{?}_r}}ln(\frac{2b+t}{0.8w+t})$$

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(duì)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(hào)層的高密度電路板中，這會(huì)顯著增加電路板的厚度。較厚的電路板意味著您的設(shè)計(jì)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?nèi)芤涸谕變?nèi)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(shù) PCB 制造商都有能力創(chuàng)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?yàn)橥淄驳膬?nèi)部可以具有更薄的銅涂層。這甚至?xí)雇字行脑跓釕?yīng)力下更容易破裂。因此，對(duì)于較大的縱橫比，您可能必須使用更昂貴的 PCB 制造技術(shù)，并且會(huì)對(duì)終電路板的可靠性產(chǎn)生擔(dān)憂。選擇較低 Dk 的材料可以在一定程度上緩解這些問題。