材料特性如何影响高速PCB信号性能

材料特性如何影响高速PCB信号性能

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/jkh920184196/article/details/141113300

在高速PCB设计中，选择合适的层压板材料对信号性能至关重要。本文将探讨低介电常数（Dk）材料和低损耗角正切（Df）材料的优缺点，并通过具体数据分析，帮助工程师做出更明智的材料选择。

背景

在PCB设计和制造过程中，产品开发人员需要熟悉各种材料特性，尤其是对于复杂和高频电路板。这些特性包括：

• 材料在层压和冷却过程中的收缩率
• 材料在层压循环中的行为
• 材料的钻孔性能
• 材料的介电常数（Dk）及其随频率的变化
• 材料的损耗角正切（Df）

最初支持使用低介电常数层压板的理由包括：

• 更薄的背板便于电镀孔和降低纵横比
• 更小的过孔尺寸减少对高速信号的干扰
• 更宽的走线降低铜损耗

低介电材料有哪些好处？

低Dk层压板的优点包括：

• 在给定阻抗下，可以使用更薄的层压板或更宽的走线
• 更宽的走线可以降低趋肤效应损耗

阻抗计算公式如下：

其中，H为平面以上高度，W为走线宽度，T为走线厚度，eᵣ为相对介电常数，Zₒ为欧姆阻抗。

大型、高层数背板的因素使低DK材料显得更具吸引力

对于高性能产品中的高速差分信号，低Dk层压板可以：

• 减少层压板厚度和孔电容
• 允许使用更宽的走线以减少趋肤效应损耗

然而，低Dk层压板也存在成本高、供应源有限和交货时间长等问题。

如果有其他方法会怎样？

通过对比分析，我们发现：

• 使用低损耗材料可以实现更好的性能
• 低Df层压板来源广泛且价格更低

图1显示了不同走线宽度下的铜损变化：

图3和图4对比了不同厚度和走线宽度的电路板堆叠：

分析表明：

• 增加走线宽度带来的性能提升有限
• 低Df层压板在性能和成本上更具优势

概括

对于复杂、高速的电路板设计，使用低Df层压板是更优选择。它们不仅来源广泛、成本更低，而且性能更佳，能够显著提高整体信号质量。