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2021年高频布线基础工艺与PCB板选材.doc


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高频布线工艺和PCB板选材
国家数字交换系统工程技术研究中心
张建慧 饶龙记 [郑州1001信箱787号]
摘要:本文经过对微带传输特征、常见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板材选择方案,深入从线宽、过孔、线间串扰、屏蔽等方面总结高频板PCB设计关键点。
关键字:PCB板材、PCB设计、无线通信、高频信号
多年来在无线通信、光纤通信、高速数据网络产品不停推出,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设计提出新要求,另外对PCB板材和PCB工艺提出了更高要求。
如商用无线通信要求使用低成本板材、稳定介电常数(εr改变误差在±1-2%间)、低介电损耗()。具体到手机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。为了挑战日益猛烈市场竞争,电子工程师必需在材料性能、成本、加工工艺难易及成品板可靠性间采取折衷。
现在可供选择板材很多,有代表性常见板材有: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、F
4B-1/2系列。它们使用场所不一样,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)。因为FR4板材易加工、成本低、便于层压,所以得到广泛应用。
下面我们从微带传输线特征、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PCB板材选择方案,总结了高频信号PCB设计关键点,供广大电子工程师参考。
1微带传输线传输特征
εr
d
t
w
板材性能指标包含有介电常数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、损耗因子是关键参数。
高速数据信号或高频信号传输常见到微带线(Microstrip Line),由附着在介质基片两边导带和导体接地板组成,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输引发传输相速不等会产生辐射分量、假如合理选择微带尺寸这种分量很小。 图 一 基片结构示意
图一基片结构所表示,铜皮厚t通常很小,(17μm、)到1 OZ(35μm、),导带特征有基片介电常数εr、线宽W、板厚d决定。
(1)微带传输线特征阻抗
微带传输线特征阻抗Z0计算以下:
当w/d ≤1,微带传输线特征阻抗Z0表示为:
Z0
当 w/d ≥1,微带传输线特征阻抗Z0表示为:
Z0
其中εe叫有效介电常数,是把两种介质对微带特征阻抗贡献等效为一个假想均匀介质。
图二说明了Z0和W/d、εr间关系,W/d愈大Z0愈低、εr愈大Z0愈低。
图 二 Z0和W/d、εr间关系
()FR4/S1139为例,给出50欧姆/75欧姆微带传输线线宽参数,见表一。
介电常数εr
W/d
有效介电常数
特征阻抗
四层板d=
八层板d=10mil
线宽W
传输损耗(dB/m)
线宽W
传输损耗(dB/m)
FR4
~


100
3mil

不正确


75
8mil

7mil



50
20mil

17mil

S1139



100
4mil



75
10mil



50
24mil


t厚度为1OZ/35um/

表一 50欧姆/75欧姆微带传输线线宽参数
一样在六层板和八层板微带传输线设计中假如已知微带线介质厚度d,依据W/d 值能够计算出微带传输线线宽W。
(2)微带传输线损耗
微带传输线损耗由三个原因决定:半开放性引发辐射(

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  • 上传人书犹药也
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  • 时间2020-11-11