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PCB板材選取與高頻PCB制板工藝要求(V2)

2013-12-04 來(lái)源:微波射頻網(wǎng) 字號(hào):

近年來(lái)在無(wú)線通信、光纖通信、高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品不斷推出,信息處理高速化、無(wú)線模擬前端模塊化,這些對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、IC工藝、微波PCB設(shè)計(jì)提出新的要求,另外對(duì)PCB板材和PCB工藝提出了更高要求。

如商用無(wú)線通信要求使用低成本的板材、穩(wěn)定的介電常數(shù)(εr變化誤差在±1-2%間)、低的介電損耗(0.005以下)。具體到手機(jī)的PCB板材,還需要有多層層壓、PCB加工工藝簡(jiǎn)易、成品板可靠性高、體積小、集成度高、成本低等特點(diǎn)。為了挑戰(zhàn)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),電子工程師必須在材料性能、成本、加工工藝難易及成品板的可靠性間采取折衷。

目前可供選用的板材很多,有代表性的常用板材有:環(huán)氧樹(shù)脂玻璃布層壓板FR4、多脂氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯玻璃布F4、改性環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R4等。特殊板材如:衛(wèi)星微波收發(fā)電路用到藍(lán)寶石基材和陶瓷基材;微波電路基材GX系列、RO3000系列、RO4000系列、TL系列、TP-1/2系列、F4B-1/2系列。它們使用的場(chǎng)合不同,如FR4用于1GHz以下混合信號(hào)電路、多脂氟乙烯PTFE多用于多層高頻電路板、聚四氟乙烯玻璃布纖維F4用于微波電路雙面板、改性環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R4用于家用電器高頻頭(500MHz以下)。由于FR4板材易加工、成本低、便于層壓,所以得到廣泛應(yīng)用。

下面我們從微帶傳輸線特性、多層板層壓工藝、板材參數(shù)性能比較等多個(gè)方面分析,給出了對(duì)于特殊應(yīng)用的PCB板材選取方案,總結(jié)了高頻信號(hào)PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn),供廣大電子工程師參考。

1、微帶傳輸線傳輸特性

板材的性能指標(biāo)包括有介電常數(shù)εr、損耗因子(介質(zhì)損耗角正切)tgδ、表面光潔度、表面導(dǎo)體導(dǎo)電率、抗剝強(qiáng)度、熱漲系數(shù)、抗彎強(qiáng)度等。其中介電常數(shù)εr、損耗因子是主要參數(shù)。

高速數(shù)據(jù)信號(hào)或高頻信號(hào)傳輸常用到微帶線(Microstrip Line),由附著在介質(zhì)基片兩邊的導(dǎo)帶和導(dǎo)體接地板構(gòu)成,且導(dǎo)帶一部分暴露在空氣中,信號(hào)在介質(zhì)基片和空氣這兩種介質(zhì)中傳播引起傳輸相速不等會(huì)產(chǎn)生輻射分量、如果合理選用微帶尺寸這種分量很小。

圖一 基片結(jié)構(gòu)示意

如圖一基片結(jié)構(gòu)所示,銅皮厚t一般很小,在0.5OZ(17μm、0.7mil)到1 OZ(35μm、1.35mil),導(dǎo)帶特性有基片介電常數(shù)εr、線寬W、板厚d決定。

(1)微帶傳輸線特性阻抗

微帶傳輸線的特性阻抗Z0計(jì)算如下:當(dāng)w/d ≤1,微帶傳輸線的特性阻抗Z0表示為:

當(dāng)w/d ≥1,微帶傳輸線的特性阻抗Z0表示為:

其中εe叫有效介電常數(shù),是把兩種介質(zhì)對(duì)微帶特性阻抗的貢獻(xiàn)等效為一種假想的均勻介質(zhì)。

圖二說(shuō)明了Z0和W/d、εr間的關(guān)系,W/d愈大Z0愈低、εr愈大Z0愈低。

圖二 Z0和W/d、εr間的關(guān)系

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