隨著無線通訊和寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展，PCB已不再簡簡單單是在一些絕緣的基材上面布上金屬導線，實現(xiàn)互聯(lián)。在許許多多的情況下，基材和金屬導體已經(jīng)成為功能元件的一部分。尤其是在射頻應用中，元件與基材相互作用，從而，PCB的設計和制造越來越對產(chǎn)品的功能產(chǎn)生至關重要的影響。如左圖1所示的微波板的一個典型部分，上面的導體都是一個個元件。

我們PCB制造者也更多的介入與設計相關的東西，尤其是到高頻，高速信號傳輸中更是如此。同樣設計者也必須對PCB制造工藝有深入的了解，才能綜合生產(chǎn)出合格的，高性能的PCB。

我們從這期開始介紹一些大家經(jīng)常接觸的參數(shù)，由淺入深做一些技術探討，希望能夠加深設計與制造的溝通和交流。

1.介電常數(shù)

介電常數(shù)（Dk, ε，Er）決定了電信號在該介質(zhì)中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數(shù)平方根成反比。介電常數(shù)越低，信號傳送速度越快。我們作個形象的比喻，就好想你在海灘上跑步，水深淹沒了你的腳踝，水的粘度就是介電常數(shù)，水越粘，代表介電常數(shù)越高，你跑的也越慢。

介電常數(shù)并不是非常容易測量或定義，它不僅與介質(zhì)的本身特性有關，還與測試方法，測試頻率，測試前以及測試中的材料狀態(tài)有關。介電常數(shù)也會隨溫度的變化而變化，有些特別的材料在開發(fā)中就考慮到溫度的因素。濕度也是影響介電常數(shù)的一個重要因素，因為水的介電常數(shù)是70，很少的水分，會引起顯著的變化。

以下是一些典型材料的介電常數(shù)(在1Mhz下)：

真空	1.0
純PTFE	2.1
GY PTFE	2.2-2.3
GX-PTFE	2.55
氰酸酯/玻璃	3.2
氰酸酯/石英	2.8-3.4
聚酰亞胺－石英	3.5-3.8
聚酰亞胺－玻璃	4.0-4.6
環(huán)氧樹脂－玻璃（FR4）	4.4-5.2
無紡芳香胺(aramid)	3.8-4.1
芳香胺(織布)	3.8-4.1
陶瓷填充聚四氟乙烯	6.0-10.2
Foamclad (Arlon 專利)	1.15-1.3
水	70.0

可以看出，對于高速、高頻應用而言，最理想的材料是由銅箔包裹的空氣介質(zhì)，厚度允差在＋/－0.00001"。作為材料開發(fā)，大家都在朝這個方向努力，如Arlon 專利開發(fā)的Foamclad非常適合基站天線的應用。但不是所有的設計都是介電常數(shù)越小越好，它往往根據(jù)一些實際的設計而定，一些要求體積很小的線路,常常需要高介電常數(shù)的材料，如Arlon的AR1000 用在小型化線路設計。有些設計如功放，常用介電常數(shù)2.55(如Arlon Diclad527, AD255等)，或者介電常數(shù)3.5(如AD350,25N/FR等)。也有采用4.5介電常數(shù)的，(如AD450)主要從FR-4設計改為高頻應用,而希望沿用以前設計。

介電常數(shù)除了直接影響信號的傳輸速度以外，還在很大程度上決定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信里尤為重要.如果出現(xiàn)阻抗不匹配的現(xiàn)象,阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比)。

CTEr:由于介電常數(shù)隨溫度變化，而微波應用的材料又常常在室外，甚至太空環(huán)境，所以CTEr(Coefficenc of Thermal of Er，介電常數(shù)隨溫度的變化系數(shù))也是一個關鍵的參數(shù)。一些陶瓷粉填充的PTFE能夠有非常好的特性，如CLTE。

2.損耗因子（Loss, loss tangent, Df, Dissipation factor）

除了介電常數(shù)，損耗因子是影響材料電氣特性的重要參數(shù)。介電損耗也稱損耗正切，損耗因子等，它是指信號在介質(zhì)中丟失，也可以說是能量的損耗。這是因為高頻信號(它們不停地在正負相位間變換)通過介質(zhì)層時，介質(zhì)中的分子試圖根據(jù)這些電磁信號進行定向，雖然實際上，由于這些分子是交聯(lián)的，不能真正定向。但頻率的變化，使得分子不停地運動，產(chǎn)生大量的熱，造成了能量的損耗。而有些材料，如PTFE的分子是非極性的，所以不會受電磁場的影響變化，損耗也就較小。同樣，損耗因子也跟頻率和測試方法有關，一般規(guī)律是在頻率越高，損耗越大。

最直觀的例子是傳輸中電能的消耗。如果電路設計損耗小。電池壽命可以明顯增加。在接收信號時，采用的損耗的材料，天線對信號的敏感度增加，信號更清晰。

常用的FR4環(huán)氧樹脂(Dk4.5)極性相對較強，在1GHz下，損耗約0.025,而PTFE基材(Dk2.17)在此條件下的損耗是0.0009。石英填充的聚酰亞胺與玻璃填充的聚酰亞胺相比，不僅介電常數(shù)低，而且損耗也較低，,因為硅的含量較純。

下圖為PTFE 的分子結構圖，我們可以看到，它的結構非常對稱，C-F鍵結合緊密，無極性基團。故隨電磁場變化而搖擺的可能性很小，表現(xiàn)在電氣特性上就是損耗小。

3. 熱膨脹系數(shù) (CTE)

熱膨脹系數(shù)通常簡寫為CTE(Coeffecient Thermal Efficent)，它是材料的重要熱機械特性之一。指材料受熱的情況下膨脹的情況。實際的材料膨脹是指體積變化，但由于基材的特性，我們往往分別考慮平面(X-, Y-)和垂直方向的膨脹(Z-)。

平面的熱膨脹常常可以通過增強層材料加以控制，(如玻璃布,石英, Thermount )，而縱向的膨脹總是在玻璃轉化溫度以上難以控制。

平面的CTE對于安裝高密度的封裝至關重要，如果芯片(通常CTE在6-10ppm/C)安裝在常規(guī)PCB上(CTE 18ppm/C)，通過多次的熱循環(huán)以后，可能造成焊點受力過度老化。而Z軸的CTE直接影響鍍孔的可靠性，尤其對于多層板而言。

通常PTFE的CTE較大，用純的PTFE制造多層板不太多見，常常采用陶瓷粉填充的PTFE。 如Arlon公司的CLTE、LCCLTE 等， 最有代表性的應用是制造高達64層多層板