高频布线工艺与PCB板选材.doc

节膈肄袄肃螂肀高频布线工艺和PCB板选材螈腿袂芇蒂薈袇国家数字交换系统工程技术研究中心蒈羇蒃莅袂蒂蒆张建慧饶龙记[郑州1001信箱787号]艿肈虿蒃芁蚇袃罿腿膆袆螀膂衿摘要:本文通过对微带传输特性、常用板材性能参数进行比较分析,给出用于无线通信模拟前端、高速数字信号等应用中PCB板材选取方案,进一步从线宽、过孔、线间串扰、屏蔽等方面总结高频板PCB设计要点。蝿羇螁羄蒄聿羆关键字:PCB板材、PCB设计、无线通信、高频信号蒀羈薆芇袃羃薃膀螅薈蒅芃***莁近年来在无线通信、光纤通信、高速数据网络产品不断推出,信息处理高速化、无线模拟前端模块化,这些对数字信号处理技术、IC工艺、微波PCB设计提出新的要求,另外对PCB板材和PCB工艺提出了更高要求。羁袇肅薃蚂蚃蚈如商用无线通信要求使用低成本的板材、稳定的介电常数(εr变化误差在±1-2%间)、低的介电损耗()。具体到手机的PCB板材,还需要有多层层压、PCB加工工艺简易、成品板可靠性高、体积小、集成度高、成本低等特点。为了挑战日益激烈的市场竞争,电子工程师必须在材料性能、成本、加工工艺难易及成品板的可靠性间采取折衷。蚁袈蕿袆膁芆肆目前可供选用的板材很多,有代表性的常用板材有:环氧树脂玻璃布层压板FR4、多脂***乙烯PTFE、聚四***乙烯玻璃布F4、改性环氧树脂FR4等。特殊板材如:卫星微波收发电路用到蓝宝石基材和陶瓷基材;微波电路基材GX系列、RO3000系列、RO4000系列、TL系列、TP-1/2系列、F4B-1/2系列。它们使用的场合不同,如FR4用于1GHz以下混合信号电路、多脂***乙烯PTFE多用于多层高频电路板、聚四***乙烯玻璃布纤维F4用于微波电路双面板、改性环氧树脂FR4用于家用电器高频头(500MHz以下)。由于FR4板材易加工、成本低、便于层压,所以得到广泛应用。蒁蚆蒅肄薁蒄羄下面我们从微带传输线特性、多层板层压工艺、板材参数性能比较等多个方面分析,给出了对于特殊应用的PCB板材选取方案,总结了高频信号PCB设计要点,供广大电子工程师参考。膂螇蚁莆芄蚈肃蚈螈袄蒅蚄膄蚁1微带传输线传输特性莈薆蒈蚃肃螇膆腿蚇芃羆薂羄莅衿螈葿肄羂腿薁蚀蒆羇蒆莁莁蒀εr莀薇薁薅肄芇芆d膀虿蒆蚃蒄膁螆t袁蒆莈肅羃莆芃w薁蒇袅膄莃袁艿 板材的性能指标包括有介电常数εr、损耗因子(介质损耗角正切)tgδ、表面光洁度、表面导体导电率、抗剥强度、热涨系数、抗弯强度等。其中介电常数εr、损耗因子是主要参数。莂蕿莀薆螂螈莆 高速数据信号或高频信号传输常用到微带线(MicrostripLine),由附着在介质基片两边的导带和导体接地板构成,且导带一部分暴露在空气中,信号在介质基片和空气这两种介质中传播引起传输相速不等会产生辐射分量、如果合理选用微带尺寸这种分量很小。图一基片结构示意肂莆芅蚅芁蚂*** 如图一基片结构所示,铜皮厚t一般很小,(17μm、)到1OZ(35μm、),导带特性有基片介电常数εr、线宽W、板厚d决定。薈莇蒁螃蚁袆蚀(1)微带传输线特性阻抗荿葿蚄膅莄莂芁微带传输线的特性阻抗Z0计算如下:聿芆芈芄螃艿莆 当w/d≤1,微带传输线的特性阻抗Z0表示为:蝿莈膄蚆膃膃莃薀荿莀螄蚂莇蒂Z0 芀膆袇***肂袃肀当w/d≥1,微带传输线的特性阻抗Z0表示为:肁芈莁芅蒁蒆蒆螁艿芆莄膄薃螄薁肆膈螆薄袈膄节膈蚆袄肃莄蝿螈腿芀芇蒂羆薆蒈羇肅莅袂肄膅艿肈芁蒃芁艿薂罿腿薄袆螀袄薈蝿羇聿羄蒄蒇蚅蒀羈羄芇袃莁薆膀螅膀蒅芃薅莄羁袇莃薃蚂肁薁蚁袈膁袆膁袈螅蒁蚆肇肄薁螂蚃膂螇罿莆芄肆螂蚈螈蒆蒅蚄薂莀莈薆肀蚃肃荿袅腿蚇羅羆薂节肄衿螈膂肄羂蒇蒄蚀蒆莅蒆莁肃腿莀薇罿薅肄衿腿膀虿螄蚃蒄螃蒅袁蒆羀肅羃羈羁薁蒇芃膄莃薃膂Z0莂蕿肂薆螂肆艿其中εe叫有效介电常数,是把两种介质对微带特性阻抗的贡献等效为一种假想的均匀介质。肂莆袇蚅蒅芄袆图二说明了Z0和W/d、εr间的关系,W/d愈大Z0愈低、εr愈大Z0愈低。袂蚂衿肇袅蒈蚃图二Z0和W/d、()的FR4/S1139为例,给出50欧姆/75欧姆微带传输线线宽参数,见表一。莃薀袀薈肇薇荿介电常数εr肃薂螆羀蒇蒀芆W/d袄蚃羂肈袆罿肁有效介电常数薄蒀膅莁芆芁虿特性阻抗芅蒂蝿蕿螅肈葿四层板d==10mil蒃莂虿螇薅蚇芁线宽W芃莃膆肀羅膂蒁传播损耗(dB/m)羄膁螁膈蚈聿蚈线宽W螄节薆薁肇羃芅传播损耗(dB/m)蒄聿薈虿薇***~