選高頻高速PCB材料有哪些重要指標,如何選擇高頻高速板材?
在選擇用于高頻電路的PCB所用的基板時,要特別考察材料DK,在不同頻率下的變化特性。而對于側重信號高速傳輸方面的要求,或特性阻抗控制要求,則重點考察DF及其在頻率、溫濕度等條件下的性能,詳細請看!
一般型基板材料在頻率變化的條件下,表現出DK、DF值變化較大的規律。特別是在l MHz到l GHz的頻率內,它們的DK、DF值的變化更加明顯。例如,一般型環氧樹脂一玻纖布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的頻率下的DK值為4.7,而在lGHz的頻率下的DK值變化為4.19。超過lGHz以上,它的DK值的變化趨勢于平緩。其變化趨勢是隨著頻率的增高,而變?。ǖ兓炔淮螅?,例如在l0GHz下,一般FR一4的DK值為4.15,具有高速、高頻特性的基板材料在頻率變化的情況下,DK值變化較小,自lMHz到lGHz的變化頻率下,DK多保持在0.02范圍的變化。其DK值在由低到高不同頻率條件下,略微有下降的趨向。
一般型基板材料的介質損失因子(DF),在受到頻率變化(特別是在高頻范圍內的變化)的影響而產生DF值的變化要比DK大。其變化規律是趨于增大,因此,在評價一種基板材料的高頻特性時,要對其考察的重點是它的DF值變化情況。具有高速高頻特性的基板材料,在高頻下變化特性方面,一般型基板材料存在著兩類明顯的不同的兩類:一類是隨著頻率的變化,它的(DF)值變化甚小。還有一類是在變化幅度上與一般型基板材料盡管相近,但它本身的(DF)值較低。
如何選擇高頻高速板材
選擇PCB板材必須在滿足設計需求、可量產性、成本中間取得平衡點。簡單而言,設計需求包含電氣和結構可靠性這兩部分。通常在設計非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時這板材問題會比較重要。例如,現在常用的FR-4材質,在幾個GHz的頻率時的介質損Df(Dielectricloss)會很大,可能就不適用。
舉例來說,10Gb/S高速數字信號是方波,它可以看作是不同頻率的正弦波信號的疊加。因此10Gb/S包含許多不同頻率信號:5Ghz的基波信號、3階15GHz、5階25GHz、7階35GHz信號等。保持數字信號的完整性以及上下沿的陡峭程度和射頻微波(數字信號的高頻諧波部分達到了微波頻段)的低損耗低失真傳輸一樣。因此,在諸多方面,高速數字電路PCB選材和射頻微波電路的需求類似。
在實際的工程操作中,高頻板材的選擇看似簡單但需要考慮的因素還是非常多的,通過本文的介紹,作為PCB設計工程師或者高速項目負責人,對板材的特性及選擇有一定的了解。了解板材電性能、熱性能、可靠性等。并合理使用層疊,設計出一塊可靠性高、加工性好的產品,各種因素的考量達到最佳化。
下面將分別介紹,選擇合適的板材主要考慮因素:
1、可制造性:
比如多次壓合性能如何、溫度性能等、耐CAF/耐熱性及機械韌(粘)性(可靠性好)、防火等級;
2、與產品匹配的各種性能(電氣、性能穩定性等):
低損耗,穩定的Dk/Df參數,低色散,隨頻率及環境變化系數小,材料厚度及膠含量公差?。ㄗ杩箍刂坪茫?,如果走線較長,考慮低粗糙度銅箔。另外一點,高速電路的設計前期都需要仿真,仿真結果是設計的參考標準?!芭d森科技-安捷倫(高速/射頻)聯合實驗室”解決了仿真結果和測試不一致的業績難題,做過大量的仿真和實際測試閉環驗證,通過獨有方法能做到仿真和實測一致。
3、材料的可及時獲得性:
很多高頻板材采購周期非常長,甚至2-3個月;除常規高頻板材RO4350有庫存,很多高頻板都需要客戶提供。因此,高頻板材需要和廠家提前溝通好,盡早備料;
4、成本因素Cost:
看產品的價格敏感程度,是消費類產品,還是通訊、醫療、工業、軍工類的應用;
5、法律法規的適用性等:
要與不同國家環保法規相融合,滿足RoHS及無鹵素等要求。
以上各個因素中,高速數字電路運行速度是PCB選擇考慮的主要因素,電路的速率越高,所選PCBDf值就應該越小。具有中,低損耗的電路板材將適合10Gb/S的數字電路;具有更低損耗的板材適用25Gb/s的數字電路;具有超低損耗板材將適應更快的高速數字電路,其速率可以為50Gb/s或者更高。
從材料Df看:
Df介于0.01~0.005電路板材適合上限為10Gb/S數字電路;
Df介于0.005~0.003電路板材適合上限為25Gb/S數字電路;
Df不超過0.0015的電路板材適合50Gb/S甚至更高速數字電路。
加工方法:
1.開料:必須保留保護膜開料,防止劃傷、壓痕
2.鉆孔:
2.1用全新鉆咀(標準130),一塊一迭為最佳,壓腳壓力為40psi
2.2鋁片為蓋板,然后用1mm密胺墊板,把PTFE板加緊
2.3鉆后用風槍把孔內粉塵吹出
2.4用最穩定的鉆機,鉆孔參數(基本上是孔越小,鉆速要快,Chip load越小,回速越小)
3.孔處理
等離子處理或者鈉萘活化處理利于孔金屬化
4.PTH沉銅
4.1微蝕后(已微蝕率20微英寸控制),在PTH拉從除油缸開始進板
4.2如有需要,便過第二次PTH,只需從預計?缸開始進板
5.阻焊
5.1前處理:采用酸性洗板,不能用機械磨板
5.2前處理后焗板(90℃,30min),刷綠油固化
5.3分三段焗板:一段80℃、100℃、150℃,時間各30min(如有發現基材面甩油,可以返工:把綠油洗掉,重新活化處理)
6.鑼板
將白紙鋪在PTFE板線路面,上下用厚度為1.0MM蝕刻去銅的FR-4基材板或者酚醛底板夾緊:如圖:
以上綜述了如何選擇高速板材以及設計注意事項,實際中應用還得根據具體案例具體分析。iPCB是一家國內外知名高端pcb板廠家,專業生產高精密FPC線路板和PCB電路板,混壓、高頻PCB打樣及批量生產,自主研發的專利系統PCB價格可在線自助查詢,如果有pcb相關不懂的知識,可以咨詢iPCB。