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      高頻pcb板材介電常數與介電損耗的特性

      發布日期:2021-09-15 09:47:49  |  關注:57

      隨著高頻板PCB 技術與產品占有越來越重要的地位,高頻PCB板材的發展也出現了高速化,其中比較重要的一方面就是低介電常數和低介質損耗因數的材料的選擇,這是PCB高頻板材實現高速化,高頻化的重要性能項目。文章針對基板材料的介電常數與介電損耗的關系加以論述,并對它們與外部環境的關系做出相應的闡述,使得在PCB 的制造中對各種基板材料進行合理正確的評估和使用。

      前言

      目前已經商品化的高頻板材主要有三大類[1] [2]:聚四氟乙烯(PTFE)板材;熱固性 PPO(Polyphenyl Oxide);交鏈聚丁二烯基板和環氧樹脂復合基板(FR-4)。PTFE 基板具有介電損耗小,介電常數小且隨溫度和頻率的變化小,與金屬銅箔的熱膨脹系數接近等優點[3] [4],從而得到了廣泛的應用。PTFE 與玻璃纖維、陶瓷搭配制備的基板,例如:RO3200,RO3210,RO4003 等系列已經能夠滿足介電常數 2.2~10.8,工作頻段為 30 MHz~30 GHz 的要求[5]。雖然,PTFE 微波板制造發展迅猛,但與之相適應的工藝是由傳統的 FR-4 印制電路制造工藝改進而成[6]?,F在電子信息產品特別是微波器件的高速發展,集成度極大的提高和數字化、高頻化、多功能化和在特殊環境中應用等要求已經向一般的 PTFE 高頻板以及制造工藝提出了挑戰。對于微波 PCB 的高速、高頻化的特性, 主要是通過兩方面的技術途徑:一方面是使這種發展成為高密度布線微細導線及間距、微小孔徑、薄形以及導通、絕緣的高可靠性。這樣, 可以進一步縮短信號傳輸的距離, 以減少它在傳輸中的損失。另一方面, 要采用具有高速、高頻特性的用基板材料。而后者的實現, 是要求業開展對這類基板材料比較深入的了解、研究工作找出并掌握準確控制的工藝方法, 以此來達到所選用的基板材料與的制造工藝、性能及成本要求能夠實現合理匹配的目的。

      在高頻電路中,信號傳輸速度可以表示為:

      高頻pcb板材介電常數與介電損耗的特性

      可以看出,基板介電常數越低,信號傳播得越快,因此要得到高的信號傳輸速率,就必須研究開發低介電常數的基板材料。

      介電常數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,它可以表示為

      可以看出,影響特性阻抗的主要因素是: (1)基板的介電常數 ε r;(2)介質厚度h ; (3)導線寬度w ;(4)導線厚度t 等?;褰殡姵翟叫?,特性阻抗就越大。

      在高速電路中需要高的特性阻抗值,必須研究開發低介電常數的材料。同時為了實現高速數字電路 PCB 中的阻抗連續穩定,要求基板材料有穩定的介電常數.

      1 PCB 上的信號傳輸損失與高頻板材性質的關系

      導體電路上的傳輸損失中的介質損失是主要受到基板材料絕緣層的介電常數( ε r)、介質損失因數(tan δ )所支配的。對傳輸損失的影響與 ε r、tan δ 的大小成正比, 并與介質工作時的頻率大小相關。在同一 ε r或 tan δ 下, 頻率越高, 其傳輸損失就越大,圖 1 表示了上述關系。

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