材料特性如何影响高速PCB信号性能
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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。
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