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高频高速pcb重要指标及高频高速板材怎么选
2020-06-19
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  选高频高速PCB材料有哪些重要指标,如何选择高频高速板材?
  在选择用于高频电路的PCB所用的基板时,要特别考察材料DK,在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求,或特性阻抗控制要求,则重点考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能,详细请看!
  一般型基板材料在频率变化的条件下,表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内,它们的DK、DF值的变化更加明显。例如,一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的频率下的DK值为4.7,而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上,它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高,而变小(但变化幅度不大),例如在l0GHz下,一般FR一4的DK值为4.15,具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下,DK值变化较小,自lMHz到lGHz的变化频率下,DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下,略微有下降的趋向。
  一般型基板材料的介质损失因子(DF),在受到频率变化(特别是在高频范围内的变化)的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大,因此,在评价一种基板材料的高频特性时,要对其考察的重点是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料,在高频下变化特性方面,一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类:一类是随着频率的变化,它的(DF)值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近,但它本身的(DF)值较低。


  如何选择高频高速板材
  选择PCB板材必须在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言,设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这板材问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损Df(Dielectricloss)会很大,可能就不适用。


高速pcb板


  举例来说,10Gb/S高速数字信号是方波,它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号:5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波(数字信号的高频谐波部分达到了微波频段)的低损耗低失真传输一样。因此,在诸多方面,高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。


pcb高速型号特性


  在实际的工程操作中,高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的,通过本文的介绍,作为PCB设计工程师或者高速项目负责人,对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠,设计出一块可靠性高、加工性好的产品,各种因素的考量达到最佳化。


  下面将分别介绍,选择合适的板材主要考虑因素:
  1、可制造性:
  比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)、防火等级;
  2、与产品匹配的各种性能(电气、性能稳定性等):
  低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦(高速/射频)联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题,做过大量的仿真和实际测试闭环验证,通过独有方法能做到仿真和实测一致。


损耗实测


  3、材料的可及时获得性:
  很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料;
  4、成本因素Cost:
  看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、军工类的应用;
  5、法律法规的适用性等:
  要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。
  以上各个因素中,高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素,电路的速率越高,所选PCBDf值就应该越小。具有中,低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有超低损耗板材将适应更快的高速数字电路,其速率可以为50Gb/s或者更高。
  从材料Df看:
  Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;
  Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;
  Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。
  加工方法:
  1.开料:必须保留保护膜开料,防止划伤、压痕
  2.钻孔:
  2.1用全新钻咀(标准130),一块一迭为最佳,压脚压力为40psi
  2.2铝片为盖板,然后用1mm密胺垫板,把PTFE板加紧
  2.3钻后用风枪把孔内粉尘吹出
  2.4用最稳定的钻机,钻孔参数(基本上是孔越小,钻速要快,Chip load越小,回速越小)
  3.孔处理
  等离子处理或者钠萘活化处理利于孔金属化
  4.PTH沉铜
  4.1微蚀后(已微蚀率20微英寸控制),在PTH拉从除油缸开始进板
  4.2如有需要,便过第二次PTH,只需从预计?缸开始进板
  5.阻焊
  5.1前处理:采用酸性洗板,不能用机械磨板
  5.2前处理后焗板(90℃,30min),刷绿油固化
  5.3分三段焗板:一段80℃、100℃、150℃,时间各30min(如有发现基材面甩油,可以返工:把绿油洗掉,重新活化处理)
  6.锣板
  将白纸铺在PTFE板线路面,上下用厚度为1.0MM蚀刻去铜的FR-4基材板或者酚醛底板夹紧:如图:


锣板


  以上综述了如何选择高速板材以及设计注意事项,实际中应用还得根据具体案例具体分析。iPCB是一家国内外知名高端pcb板厂家,专业生产高精密FPC线路板和PCB电路板,混压、高频PCB打样及批量生产,自主研发的专利系统PCB价格可在线自助查询,如果有pcb相关不懂的知识,可以咨询iPCB。