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PCB工程師看過來:高頻高速板材選擇大全


2022年11月15日 15:41:45來源:集源電路作者:admin我要評論(0
隨著微處理器和信號轉換傳輸器件運行速度提升,數字電路的運行速度也達到一個更高層次:100Gbps。使用通用的PCB板材將不能達到高速信號要求,電路板的選材將會決定產品的性能。

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小(阻抗控制好),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。


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。

常用的高速板材有:

1)、羅杰斯Rogers:RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等
2)、臺耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等
3)、松下Panasonic:Megtron4、Megtron6等
4)、Isola:FR408HR、IS620、IS680等
5)、Nelco:N4000-13、N4000-13EPSI等
6)、東莞生益、泰州旺靈、泰興微波等

當然還有很多其他高頻板材,比如Arlon(去年被羅杰斯收購)、Taconic,都是老品牌射頻微波板廠,性能有保障。



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