高頻CB制板工藝簡(jiǎn)介

高頻布線工藝和PCB板選材國(guó)家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心張建慧饒龍記[鄭州1001信箱787號(hào)]摘要：本文通過(guò)對(duì)微帶傳輸特性、常用板材性能參數(shù)進(jìn)行比較分析，給出用于無(wú)線通信模擬前端、高速數(shù)字信號(hào)等應(yīng)用中PCB板材選取方案，進(jìn)一步從線寬、過(guò)孔、線間串?dāng)_、屏蔽等方面總結(jié)高頻板PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵字：PCB板材、PCB設(shè)計(jì)、無(wú)線通信、高頻信號(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εεrdtw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（MicrostripLine），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1OZ（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。狡（1篩）微散帶傳食輸線績(jī)特性辭阻抗堡怠微帶邊傳輸斬線的此特性蜻阻抗來(lái)Z旨0憶計(jì)算泳如下籠：桌響名當(dāng)故w/權(quán)d映≤儀1，屈微帶旦傳輸路線的那特性戚阻抗脾Z擋0幕表示誰(shuí)為：Z0 誼當(dāng)劇w/越d寺≥醉1，顧微帶竄傳輸現(xiàn)線的者特性保阻抗全Z壁0紹表示櫻為：Z0Z0西其中聚ε宅e拉叫有彈效介魔電常晌數(shù)，序是把旱兩種詢(xún)介質(zhì)魚(yú)對(duì)微桶帶特胳性阻素抗的燈貢獻(xiàn)姥等效壺為一頑種假暴想的汗均勻爆介質(zhì)逮。防紐圖二曉說(shuō)明糧了Z饅0喝和W濃/房d員、郊ε叉r蔑間的拋關(guān)系妥，百W/償d觸愈大窯Z油0永愈低布、淘ε勞r暈愈大客Z妻0坦愈低魚(yú)。抱圖默二元鈴Z碑0峰和W徐/燦d咽、壟ε勺r考間的虎關(guān)系鵝以汕右頭超斤聲印觸制板乘廠提券供的總板厚令1鉗.6角8m予m(包頂層飄厚0變.3榴mm士)烘的F寶R4度/S填11梨39諸為例紫，給妖出5窩0歐敬姆/范75吊歐姆施微帶首傳輸準(zhǔn)線線沉寬參疫數(shù)，適見(jiàn)表持一。江介電葬常數(shù)宵ε劉r稍W/愚d揀有效威介電暫常數(shù)薦特性祥阻抗擴(kuò)四層刮板弊d=調(diào)0.攪3m儀m當(dāng)八層云板科d=贏10忙mi消l范線寬恐W嫁傳播誼損耗畏（抹dB中/m眨）投線寬俊W讀傳播活損耗既（難dB脅/m四）宴FR諷4慧4.球2~貿(mào)5.蔥4以項(xiàng)4最.8株為準(zhǔn)憂0.鑼27懶8幸3.曉04笛10勤0哀3m舌il閘0.塌12婦51哄不準(zhǔn)聯(lián)確嬸0.烘70鞠3齡3.撐24接75園8m療il穗0.辱12街37墻7撥mi瓣l景0.瞇12嚴(yán)67賞1.街69茅3.仗44轎50沖20勁mi徑l楊0.佳12巖57捧17軟mi伐l忙0.定12皂84理S1同13黨9站3.湖8扇0.鐮39勸2.旋56秤10聾0爛4m蘋(píng)il稅0.穩(wěn)10銷(xiāo)9鉗0.少88單9邪2.接73兔75喜10荒mi谷l父0.責(zé)11胖0省2.叼0耽2.船92墻9邁50藝24電mi紙l蜓0.亦11膝8弦注拳t趟厚度頃為1純OZ泰/3港5屢um梅/1描.3洞7m斃il片表一合賣(mài)50叉歐姆后/7業(yè)5歐牧姆微評(píng)帶傳獄輸線女線寬鍛參數(shù)賺同冷樣在吉六層上板和灣八層殖板微鼓帶傳償輸線你設(shè)計(jì)聰中如殺果已饅知微倘帶線姐的介需質(zhì)厚幟度蒼d詢(xún)，根舉據(jù)W父/泊d餐值可憑以計(jì)諷算出輪微帶寇傳輸墻線線候?qū)扺職。豐（2裹）微缺帶傳側(cè)輸線懼損耗蝕則微帶卡傳輸記線損故耗由叢三個(gè)山因素鄉(xiāng)決定隸：半壟開(kāi)放患性引幕起的幻輻射坑（這透種損呈耗很圈小）紹；介沙質(zhì)熱買(mǎi)損耗迎α湖d字（板得材原辰因）爐；高仗頻趨火膚效諷應(yīng)引細(xì)起的慚導(dǎo)體蛾損耗裕α里c腐。導(dǎo)敬體損麥耗是鑰主要疑的懇，導(dǎo)涌體損勿耗用α丙c賣(mài)與W榜/扣h堪（h額為基董片厚均度）多成反禾比，祝也與燭光潔按度有饅關(guān)。悶當(dāng)W監(jiān)/念h替一定讀，介古質(zhì)損亮耗與衫損耗六因子聯(lián)和頻并率成蹈正比橋。廈（3孤）微扶帶色睜散特法性零怖當(dāng)董頻率天高到仇微帶偏尺寸聲相對(duì)喘λ蹈/4尼或莖λ蹤/2累足夠娃大時(shí)曠，將件出現(xiàn)面嚴(yán)重仗色散衣特性壟還增扁加了爽輻射浸損耗鍬。如川果固?hào)|定在侮某個(gè)零頻率擔(dān)，在手此頻拳率下朽色散橫效應(yīng)爆可不兇考慮旬。阻億抗越炒低、殺基片壁越厚決、圈自膛越高欺，微倆帶色貧散越故嚴(yán)重揉，或你板材錘確定俯后，球頻率符愈高難色散蔑愈嚴(yán)校重。紗（4題）信殿號(hào)在熊介質(zhì)謠中的蹄傳輸陡波長(zhǎng)搭和相堵速響λ臨c閘為實(shí)黨際在喪自由赤空間候中傳發(fā)播波脂長(zhǎng)。莫由此概可見(jiàn)糞助團(tuán)越高霜波長(zhǎng)止減短葛，畜信號(hào)哀在傳丹輸線洽中的暑相速翻降低汽。由香相速僚和傳登輸線漫長(zhǎng)可帥得傳幅播時(shí)滑延全t=耐V納p瑞*L鋼?？?昏帶狀漿線傳施輸特喂性rbtw憂微帶知傳輸磁線在頭介質(zhì)術(shù)基片呆和空駱氣兩潛種媒姐質(zhì)中怠傳輸箭，帶薪狀線蓄在同釀一媒匠質(zhì)中世傳輸皮，有刑邊緣退電容資。其嚷傳輸活特性架阻抗續(xù)、損盼耗、狹傳播窗波長(zhǎng)怎與介沒(méi)質(zhì)材遲料的按關(guān)系港同微決帶傳驅(qū)輸線鋼相似鴨，與紀(jì)W/攏b,巾t/襖b近有關(guān)啦，與挑微帶員傳輸膽線不咱同的慈是詞t塔對(duì)傳三輸特漁性阻匠抗的英影響鼠較大鹿。圖葬三為糊帶狀地線傳錄輸示舊意。雄1.蠻6m娘m睬厚、鍋八層豎PC故B板隨、F赤R4溜板古材的墓PC告B單鑼板，總其5麻0歐紋姆/閣75毀歐姆廉帶狀速輸線貍線寬拔參數(shù)躺見(jiàn)表旨二。我忌漿巧瞇鬼飯冰傭限賞垮屠擱變圖三貨帶罰狀線膊傳輸rbtw獵介電燙常數(shù)進(jìn)特性氏阻抗唇八層浩板倡b=桑16在mi書(shū)l芹線寬嗓W謝傳播科損耗昏（寇dB躲/m殖）毒FR廚4穿4.你2~鋤5.搬4鍛以4彈.8根為參蒜考難50竟5m懼il皂0.養(yǎng)15族5正注譜t翠厚度黑為1鞏OZ從/3粱5景um歡/1汁.3們7m緞il萍表二淡勺50脹歐姆標(biāo)/7飲5歐圈姆帶挑狀線探傳輸俗線線啦寬參妹數(shù)耐3奪PC紅B板催層壓壤工藝徒及分蛇層要墻求撞藍(lán)PC妻B板狗多層捏層壓喊板總臟厚度順和層凝數(shù)等停參數(shù)滾受到椒板材滔特性羊限制吵。特漂殊板伸材一亮般可賴(lài)提供貢的不箱同厚哄度的厚板材幕品種明有限冤，因駛而設(shè)勿計(jì)者竭在P趕CB呆設(shè)計(jì)守過(guò)程窗中必牧須靠項(xiàng)慮板桌材特貌性參抽數(shù)、睬PC愈B加雹工工遠(yuǎn)藝的揮限制栽。抽FR叛4板唉材有貿(mào)各種膝厚度冊(cè)，適槳用于視多層毒層壓夏的板閥材品沃種齊引全，鴉表四利以F輪R4燥板材辦為例味給出藝一種海多層郵板層蹄壓結(jié)穴構(gòu)和圓板材董厚度派分配藥參數(shù)撐，以著供P夾CB袖設(shè)計(jì)待工程福師參站考。騰層數(shù)趙完成斥板厚鎖度耐疊層本組成繞四層騙1.雄5胖mm蔑21鋸16籮X2枯+7列62豎8X牢2+叔0.劍8m鴉m釋1.美57正mm派76贏28唐X4狐+0靈.8慎mm查1.堆60鵝mm楊76焰28橫X4梅+0暮.8曉mm寄10桃80金X2貢+7啞62弓8X莊2+狂1m捧m款1.坡68撇mm劣21守16繳X2知+7照62太8X弊2+陣1m配m理六層蹄1.鹽5m腔m乘10足80抖X4妙+7疫62柴8X貫2+殿0.勺43全mm辯X2丹1.烏6m旋m捉10渾80骨X4抗+7堤62窄8X豬2+病0.梨43施mm賄X2長(zhǎng)八層競(jìng)1.摩5擇mm知10樹(shù)80銹X環(huán)6拔+球21侍16月X2秋+0什.賄27按mm三X們3沉1.綱57蕉mm店10直80眨X堵6婚+紀(jì)76纏28令X2化+0駕.被27質(zhì)mm表X腔3容1.院60妥mm搏10紗80鼓X寶6拐+岡76豈28柔X2賀+0凡.壓27伙mm足X西3渾十層丸1壩.悶6花mm今10蜻80歐X8滿(mǎn)+牧21廊16灣X2救+0賢.囑2宴mm默X栗3釘注欄10博80別板厚單2共.5申mi溫l值/獨(dú)21曉16稈板厚郊4基.3崗mi字l舒/7色62經(jīng)8板剩厚7溝mi覽l接。毫德米板禿為雙交面敷勿銅板呀，其光它為殿介質(zhì)煎基片斗，銅球皮厚停度均京為1將OZ街（3頸5筑um乒/1曲.3常7m豆il景）脫表三改串FR扣4層魂壓板詠結(jié)構(gòu)紛參數(shù)名六層菜板、勉完成國(guó)板厚苗度為攻1裁.6贊mm吩，其丈層壓筆結(jié)構(gòu)識(shí)如圖與四所圖示。基材基材雙面板1OZ/35um/1.38mil7mil2.5mil0.43mm2.5mil7mil1OZ/35um/1.38mil基材基材基材頂層底層第二層地層銅箔銅箔雙面板0.43mm基材基材2.5mil2.5mil第三層電源第四層信號(hào)層第五層地層逆圖四別誤六層尖板層赤壓結(jié)隔構(gòu)某4信常用斥板材等性能毒參數(shù)循比較辰性能余參數(shù)陪單位競(jìng)板材闊FR漫4識(shí)S1消13聲9憂RO裂43添50脊F4銜(S柜GP學(xué)-5堪00民))胸PT漂FE眼介電伴常數(shù)綱4沈.膚2~胡5納.拘4惹3蜻.血8盡3.下48買(mǎi)2.花6奪2.丹5翻損耗醫(yī)角正悲切蓮≤浮0飾.曉03膝5視0魂.育00駁8替0.炎00混4異0.劃00環(huán)22敗0.聚00給19蔽ε恨r(nóng)院溫度興系數(shù)棕pp熟m/侄0鋼c稠N/令A(yù)絕50如熱脹凱系數(shù)諸pp縮m/育0疑c請(qǐng)21獵14冤~1驢6當(dāng)21腥銅箔?？箘儾貜?qiáng)度庭pl誕i丸10計(jì)2.勒9站0.巨9搜2.達(dá)9蕩尺寸掀穩(wěn)定喚度遼mm丹/m職0.習(xí)5敗加工顯工藝襖難易斗(孔沉化、將表面貢處理掌)濁與F星R4稈相當(dāng)漿與F園R4串相當(dāng)攜加工扔通孔元時(shí)表半面需盞特殊爪處理滴注，待測(cè)試?yán)史椒ㄙu(mài)未列管出透由上泄所述歉，板交材對(duì)賀PC囑B設(shè)叨計(jì)和未加工黎影響更最大劫的參暑數(shù)主右要是偽介電磚常數(shù)秘和損飽耗因銅子。必對(duì)于戀多層抵板設(shè)怒計(jì)，發(fā)板材買(mǎi)選取論還需魄考慮嫌加工摟沖孔躁、層都?jí)盒月阅?。?dāng)下面砌是F嚇R4濕/P用TF傳E/餓F4錯(cuò)/S禁11赴39池/R樣O4疊35臂0等文幾種立板材逆的參乏數(shù)說(shuō)斷明。俯表?xiàng)l三漸板凱材主量要參疫數(shù)性蜂能比棒較封辣濾由以穿上傳守輸線輸特性尤阻抗榜、損逗耗、禍傳播室波長(zhǎng)寨分析略和板希材比廣較，供產(chǎn)品撤設(shè)計(jì)探須考敲慮成秧本，顯市場(chǎng)遭因素冤。因厲此建談議在狼PC宮B設(shè)步計(jì)中合，設(shè)窯計(jì)者銹選取榆板材巨考慮賞如下廚關(guān)鍵蓄因素旨：撕（1握）信京號(hào)工演作頻肥率不紀(jì)同對(duì)床板材媽要求鮮不同赴。膊（2莊）工電作在功1G憂H托z映以下洲的P傍CB蘋(píng)可以銜選用脫FR灰4，仁成本卻低、嗓多層寒壓制暢板工酷藝成叨熟。外如信督號(hào)入哭出阻尺抗較況低（轎50瞧歐姆襖），港在布瓣線時(shí)辣需要睬嚴(yán)格石考慮避傳輸添線特泡性阻猛抗和堆線間比耦合螞，缺康點(diǎn)是旬不同芒廠家挺以及劇不同技批生吼產(chǎn)的向FR文4板拆材摻代雜不兄同,疤介電絮常數(shù)喂不同屑（4樣.2筐-5驚.頂4）暈且不運(yùn)穩(wěn)定累。摔（3嗓）工動(dòng)作在贊62毒2M訪b/端s盲以上簡(jiǎn)的光盲纖通巖信產(chǎn)瓜品和到1G促以上蒜3G杰H寄z見(jiàn)以下并的小益信號(hào)儀微波挨收發(fā)莖信機(jī)耐，可恢以選儀用改滑性環(huán)美氧樹(shù)聲脂材現(xiàn)料如與S1距13其9，濾由于雕其介鵲電常突數(shù)在瓦10謀GH行z垂時(shí)比水較穩(wěn)起定、思成本步較低究、多決層壓谷制板岔工藝短與F度R4蕩相同咳。如鴨62擦2M觸b/商s窄數(shù)據(jù)勺復(fù)用許分路呼、時(shí)際鐘提貫取、棟小信遣號(hào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