随着10G和25G+产品的大规模商用，对PCB插入损耗的监控是高速产品研发和量产过程中管控的重要指标。通过选用不同的PCB材料及PCB加工工艺，采用矢量网络分析仪综合分析了高速板材、铜箔类型、玻纤布类型、阻焊油墨、粗化药水及表面处理工艺等对高速PCB插入损耗特性的影响强弱，可为高速PCB的选材和加工工艺设计等提供参考。

一，试验方法

1.试验材料及仪器
材料：低损耗覆铜板和半固化片，HTE、RTF和HVLP铜箔，低损耗阻焊油墨，低粗糙度药水等。

测试仪器：阻抗和损耗采用矢量网络分析仪测试（上升时间为22.3 ps，频宽为20 GHz）。

2.试验设计
试验设计6层板，Top层、L3层和L5层为走线层，单端和差分信号线的阻抗分别设计为50 Ω和100 Ω，采用FD法测试插入损耗，TRL（Thru-Reflect-Line）方式进行校正。

试板分别选用不同的材料或加工工艺制作，从而评估材料或加工工艺等对PCB插入损耗的影响。

流程设计：开料→内层图形→内AOI→棕化→层压→钻孔→等离子→沉铜→板镀→镀锡→背钻→退锡→外层干膜→图形电镀→外层蚀刻→外AOI→阻焊→表面处理→阻抗测试→成型→测试→铣板→FQC

二，结果与讨论

1.不同等级高速板材对高速PCB损耗性能的影响
高速产品对PCB有着高传输速率、低信号损耗的要求，而这些性能与PCB板材的介电常数和损耗因子密切相关。一般地，按损耗因子的高低，基板材料可分为（Df：0.015~0.020）、Mid,Loss（Df：0.010~0.015）、Low Loss（Df：0.0065~0.01）、Very Low Loss（Df：0.003~0.0065）、Ultra Low Loss（Df：＜0.003）五个等级。为分析不同等级高速材料对PCB插入损耗的影响，选取了业内使用较多的三支材料：X7、X8和X9，在相同的叠层和阻抗设计时，采用FD法测试不同频率时的插入损耗值，对于差分带状线，8 GHz时X7、X8和X9材料的损耗分别为0.256 dB/cm、0.182 dB/cm和0.147 dB/cm，12.5 GHz时X7、X8和X9材料的损耗分别为0.342 dB/cm、0.256 dB/cm和0.202 dB/cm，在不同传输频率下，X7材料比X8材料的插入损耗值大20%~28%，X8材料比X9材料的插入损耗值大18%~22%。因此，基板材料的选择对PCB损耗性能影响极大。

2.玻纤类型对高速PCB损耗性能的影响
PCB基材是由树脂、玻纤、铜箔、填料等组合而成，基材的介电常数和损耗因子与其组成息息相关。为满足PCB高速信号传输需求，需降低基材的介电常数和损耗因子，因此，近年来不断推出低损耗的树脂材料，此外，玻纤厂商也致力于研发低介电常数、低损耗因子的玻纤布，如高速基板中已大量使用的NE-玻纤布（NE-glass）是PCB的低介电常数、低损耗因子的玻纤布。与E-glass相比，NE-glass介电常数和介质损耗大幅下降，其介电常数为4.4（1 MHz），损耗因子为0.0006（1 MHz）。

3.不同铜箔类型对高速PCB损耗性能的影响
随着信号传输高速化和高频化发展，趋肤效应对信号传输质量和信号完整性的影响越来越大，信号在导体中的传输厚度越来越薄，为减小信号传输损耗，高速PCB板材通常会搭配低粗糙度的铜箔。按粗糙度的不同，PCB常用的铜箔有低轮廓铜箔（HVLP铜箔）、反转铜箔（RTF铜箔）和高延伸性铜箔（HTE铜箔）。

4.铜箔粗化处理对高速PCB损耗性能的影响
PCB制作线路时，通常会对铜面进行粗化处理，以增加干膜（或湿膜）与铜面的结合力。同时，压合前为增加PP与铜箔的结合力，提高PCB的可靠性，也会对铜面进行粗化处理。其中，线路制作时常用的粗化工艺有磨板或化学微蚀等，压合前粗化一般为棕化。随着信号高速化发展，基材所用铜箔一般为低粗糙度铜箔（VLP、HVLP等），但传统粗化工艺会使铜箔粗糙度增加，从而引起导体损耗增加。为改善PCB制程中粗化处理对损耗性能的影响，药水商开发了专门用于改善PCB损耗性能的低粗糙度粗化药水，以降低铜箔粗化处理后的粗糙度。

5.不同阻焊油墨对高速PCB损耗性能的影响
在高速PCB中使用的阻焊油墨的损耗因子比板材大得多，因此，对于高速PCB的外层线路，影响其信号传输损耗的因素除PCB的设计及材料的选择外（板材、铜箔类型、玻纤类型等），阻焊油墨的选用也对外层线路损耗性能有着较大的影响。为改善高速PCB外层线路的信号传输性能，近年业内有研发推出低损耗的阻焊油墨。为分析常规油墨与低损耗油墨对外层传输线损耗的影响差异，采用低损耗板材制作差分微带线，而后分别丝印两种油墨并测试丝印前后线路损耗性能的变化。

6.表面工艺对高速PCB损耗的影响
众所周知，裸铜本身的可焊性很好，但暴露在空气后PCB表面的铜导体会迅速发生氧化，进而导致PCB性能的恶化，因此需要对铜面进行表面处理，以保证良好的可焊性及可靠性。但是，PCB进行表面处理后，阻焊开窗的微带线损耗会发生变化，影响信号的传输性能。不同表面处理工艺的选用会对PCB导体损耗产生不同影响，对高速PCB而言，选择表面处理工艺除考虑可焊性外，还应考虑其对信号损耗的影响。

除上述加工工艺对损耗有影响外，背钻设计及残桩控制等对PCB损耗也有一定的影响，通过背钻减少过孔的残桩长度，可以显著减少信号反射对于损耗测试的干扰，改善内层线路的损耗性能。

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