_PCB板材選取與高頻PCB制板工藝要求(V).doc

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1、高頻布線工藝和PCB板選材國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心張建慧饒龍記[鄭州1001信箱787號]摘要：本文通過對微帶傳輸特性、常用板材性能參數(shù)進行比較分析，給出用于無線通信模擬前端、高速數(shù)字信號等應用中PCB板材選取方案，進一步從線寬、過孔、線間串擾、屏蔽等方面總結(jié)高頻板PCB設(shè)計要點。關(guān)鍵字：PCB板材、PCB設(shè)計、無線通信、高頻信號近年來在無線通信、光纖通信、高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡產(chǎn)品不斷推出，信息處理高速化、無線模擬前端模塊化，這些對數(shù)字信號處理技術(shù)、IC工藝、微波PCB設(shè)計提出新的要求，另外對PCB板材和PCB工藝提出了更高要求。如商用無線通信要求使用低成本

2、的板材、穩(wěn)定的介電常數(shù)（εr變化誤差在±1-2％間）、低的介電損耗（0.005以下）。具體到手機的PCB板材，還需要有多層層壓、PCB加工工藝簡易、成品板可靠性高、體積小、集成度高、成本低等特點。為了挑戰(zhàn)日益激烈的市場競爭，電子工程師必須在材料性能、成本、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)氧樹脂F(xiàn)R4等。特殊板材如：衛(wèi)星微波收發(fā)電路用到藍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、TP-1

3、/2系列、F4B-1/2系列。它們使用的場合不同，如FR4用于1GHz以下混合信號電路、多脂氟乙烯PTFE多用于多層高頻電路板、聚四氟乙烯玻璃布纖維F4用于微波電路雙面板、改性環(huán)氧樹脂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)性能比較等多個方面分析，給出了對于特殊應用的PCB板材選取方案，總結(jié)了高頻信號PCB設(shè)計要點，供廣大電子工程師參考。1微帶傳輸線傳輸特性εrdtw板材的性能指標包括有介電常數(shù)εr、損耗因子（介質(zhì)損耗角正切）tgδ、表面光潔度、

4、表面導體導電率、抗剝強度、熱漲系數(shù)、抗彎強度等。其中介電常數(shù)εr、損耗因子是主要參數(shù)。高速數(shù)據(jù)信號或高頻信號傳輸常用到微帶線（MicrostripLine），由附著在介質(zhì)基片兩邊的導帶和導體接地板構(gòu)成，且導帶一部分暴露在空氣中，信號在介質(zhì)基片和空氣這兩種介質(zhì)中傳播引起傳輸相速不等會產(chǎn)生輻射分量、如果合理選用微帶尺寸這種分量很小。圖一基片結(jié)構(gòu)示意10如圖一基片結(jié)構(gòu)所示，銅皮厚t一般很小，在0.5OZ（17μm、0.7mil）到1OZ（35μm、1.35mil），導帶特性有基片介電常數(shù)εr、線寬W、板厚d決定。（1）微帶傳輸線特性阻抗微帶傳輸線的特性阻抗Z0計算

5、如下：當w/d≤1，微帶傳輸線的特性阻抗Z0表示為：Z0當w/d≥1，微帶傳輸線的特性阻抗Z0表示為：Z0其中εe叫有效介電常數(shù)，是把兩種介質(zhì)對微帶特性阻抗的貢獻等效為一種假想的均勻介質(zhì)。圖二說明了Z0和W/d、εr間的關(guān)系，W/d愈大Z0愈低、εr愈大Z0愈低。圖二Z0和W/d、εr間的關(guān)系10以汕頭超聲印制板廠提供的板厚1.68mm(頂層厚0.3mm)的FR4/S1139為例，給出50歐姆/75歐姆微帶傳輸線線寬參數(shù)，見表一。介電常數(shù)εrW/d有效介電常數(shù)特性阻抗四層板d=0.3mm八層板d=10mil線寬W傳播損耗（dB/m）線寬W傳播損耗（dB/m）

6、FR44.2~5.4以4.8為準0.2783.041003mil0.1251不準確0.7033.24758mil0.12377mil0.12671.693.445020mil0.125717mil0.1284S11393.80.392.561004mil0.1090.8892.737510mil0.1102.02.9295024mil0.118注t厚度為1OZ/35um/1.37mil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)計中如果已知微帶線的介質(zhì)厚度d，根據(jù)W/d值可以計算出微帶傳輸線線寬W。（2）微帶傳輸線損耗微帶傳輸線損

7、耗由三個因素決定：半開放性引起的輻射（這種損耗很?。唤橘|(zhì)熱損耗αd（板材原因）；高頻趨膚效應引起的導體損耗αc。導體損耗是主要的，導體損耗αc與W/h（h為基片厚度）成反比，也與光潔度有關(guān)。當W/h一定，介質(zhì)損耗與損耗因子和頻率成正比。（3）微帶色散特性當頻率高到微帶尺寸相對λ/4或λ/2足夠大時，將出現(xiàn)嚴重色散特性還增加了輻射損耗。如果固定在某個頻率，在此頻率下色散效應可不考慮。阻抗越低、基片越厚、εr越高，微帶色散越嚴重，或板材確定后，頻率愈高色散愈嚴重。（4）信號在介質(zhì)中的傳輸波長和相速λc為實際在自由空間中傳播波長。由此可見εe越高波長減短，信號在

8、傳輸線中的相速降低。由相速和傳輸線長可得傳播時延t=