在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域，高速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)PCB材料的電氣性能提出了更高的要求。同時(shí)，為了提高電子產(chǎn)品的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，必須在材料成本控制方面考慮更多因素。如何選擇既符合電氣性能又具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的材料已成為PCB設(shè)計(jì)人員在通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的共同關(guān)注點(diǎn)。 PCBCart是一家中國(guó)的高品質(zhì)PCB制造商，提供不同材料的各種PCB，專業(yè)選擇合適的材料，滿足高電氣性能和低成本的要求。本文主要討論了PCB材料選擇的步驟和方法，包括Dk/Df測(cè)試和識(shí)別，銅箔粗糙度的混合應(yīng)用，信號(hào)完整性仿真和測(cè)試。此外，在材料選擇過程中，分析不同水平的材料之間的價(jià)格比較和相同水平的材料之間的材料比較，以降低PCB成本。

PCB的驅(qū)動(dòng)元件通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其對(duì)材料開發(fā)的影響

應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的PCB設(shè)計(jì)包含三個(gè)方面的驅(qū)動(dòng)：高速，高密度和低成本，對(duì)開發(fā)有相應(yīng)的影響PCB材料，可以在下面的圖1中進(jìn)行總結(jié)。

PCB材料選擇的注意事項(xiàng)

在PCB設(shè)計(jì)過程中，PCB材料的選擇主要取決于以下因素：成本，電氣性能，可加工性，耐熱能力，UL認(rèn)證等。

材料價(jià)格會(huì)影響PCB的整體成本;材料的電性能與信號(hào)完整性直接相關(guān);材料的可加工性和耐熱性決定了PCB的可靠性; UL兼容性材料是UL證書申請(qǐng)的特權(quán)。在所有這些要考慮的因素中，在所有領(lǐng)域的產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)過程中都應(yīng)考慮可加工性，耐熱性和UL認(rèn)證。

然而，對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)中的PCB，PCB由于從高速到低速的不同級(jí)別的要求，需要不同級(jí)別的材料。電氣性能和材料成本通常相互作用，因此具有更高等級(jí)的材料通常具有優(yōu)異的電性能，但也具有高成本。此外，由于材料類型不同，同類材料之間會(huì)出現(xiàn)價(jià)格差異。

如何確定一種既能滿足電氣性能要求又能滿足要求的材料呢？ PCB和考慮成本控制在于準(zhǔn)確判斷和識(shí)別Dk/Df，其表現(xiàn)出電氣性能參數(shù)，銅箔與低粗糙度的匹配，以確保所有類型材料之間的電氣性能和成本差異。

因此，在本文中，從PCB材料選擇方面分析了電氣性能和成本兩個(gè)方面。

如何平衡PCB材料選擇中的電氣性能和成本

?在電氣性能（Dk/Df）方面識(shí)別和比較PCB材料

為了使所選材料符合要求信號(hào)完整性的第一個(gè)任務(wù)在于P之間的判斷和比較CB材料的電氣性能（Dk/Df）。

a。材料間電氣性能的比較方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)

不同供應(yīng)商的材料之間的電氣性能比較應(yīng)采用相同的試驗(yàn)方法并在相同條件下進(jìn)行，以提供相當(dāng)客觀的參考。

盡管供應(yīng)商提供的規(guī)格中提供了相應(yīng)預(yù)浸料和核心板的Dk/Df值，但直接參考規(guī)格數(shù)據(jù)是不可接受的或科學(xué)的。 PCB材料之間的真實(shí)電氣性能比較應(yīng)取決于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)闇y(cè)試方法和測(cè)試條件因供應(yīng)商而異。即使采用相同的測(cè)試方法，由于操作不同，仍可能存在差異。

PCB材料電性能的判斷標(biāo)準(zhǔn)是Dk和Df的值及其穩(wěn)定性每個(gè)頻率。低Dk/Df將降低插入損耗，應(yīng)該注意到，在越來(lái)越高速的設(shè)計(jì)中，Df比Dk作為參數(shù)更重要。穩(wěn)定性是指隨著測(cè)試頻率的增加，Dk/Df不應(yīng)該明顯改變，這對(duì)信號(hào)完整性沒有好處。以下公式表示Dk/Df與插入損耗之間的關(guān)系：

b。基于實(shí)際測(cè)試結(jié)果的材料之間的比較樣本

1、樣品測(cè)試數(shù)據(jù)累積

0級(jí)和1級(jí)材料顯示出更好的電氣性能，它們僅適用于超高速PCB。表1顯示了Dk/Df測(cè)試后兩類中8種材料的結(jié)果比較。

2、 Dk的比較

根據(jù)表1，如果根據(jù)規(guī)格數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，則Dk的順序應(yīng)為6> 3> 5> 7> 8> 4> 2 = 1根據(jù)其影響。

然而，在相同條件下，根據(jù)其影響，Dk的順序應(yīng)為6> 5> 8> 3> 7> 4> 2> 1，這是一個(gè)合理的結(jié)果。此外，可以得出結(jié)論，隨著測(cè)試頻率的上升，Dk通常隨之變化。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，每種材料的Dk在10GHz和15GHz時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，其變化在0.03以內(nèi)。

3、 Df的比較

根據(jù)表1，如果根據(jù)spec的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，則Df的順序應(yīng)為6> 5> 7> 8> 3> 2 = 1> 4，根據(jù)其影響。

然而，在相同條件下，Df的順序應(yīng)根據(jù)其影響5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1 ，這是一個(gè)合理的結(jié)果。此外，可以得出結(jié)論，隨著測(cè)試頻率的上升，Df通常也會(huì)上升。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，每種材料的Df在10GHz和15GHz下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，其變化在0.0005以內(nèi)。

4、材料的電氣性能比較和判斷

根據(jù)本節(jié)的a部分，材料5具有最佳的電氣性能，因?yàn)樗哂凶詈玫腄f和相對(duì)優(yōu)異的Dk。接下來(lái)是第8號(hào)，因?yàn)樗贒k和Df方面就在第5號(hào)之后。然后是第3名。雖然第6名是最好的Dk，Df只是第四名。接下來(lái)是4號(hào)和7號(hào)。電氣性能是1號(hào)材料的最差表現(xiàn)。總之，電性能的順序應(yīng)為5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1.

?低粗糙度銅箔的應(yīng)用

下面的公式表明了銅箔粗糙度與趨膚效應(yīng)和導(dǎo)體損耗之間的關(guān)系。

公式， a cond，粗糙 是指導(dǎo)體的插入損耗; R RMS 是指銅箔的粗糙度; δ指皮膚效應(yīng); f 指頻率; μ和σ是指材料的導(dǎo)電率和滲透率。

基于這個(gè)公式，可以得出結(jié)論，粗糙度的增加銅箔會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體損耗增加。普通銅箔的粗糙度通常大于6μm。由于高速信號(hào)的傳輸要求，開發(fā)并應(yīng)用了反向處理箔（RTF）和VLP銅箔，其銅箔粗糙度約為3μm。對(duì)高速信號(hào)的更高要求促進(jìn)了HVLP或類似銅箔的1μm至2μm的粗糙度。

在PCB材料選擇過程中，配置低粗糙度銅箔以減少插入損耗并改善材料的電氣性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，可以總結(jié)出從4號(hào)材料開始，應(yīng)拾取RTF或VLP銅箔，并將其升級(jí)為HVLP或類似銅箔，以便提高材料的電性能，導(dǎo)體插入損耗降低。隨著頻率的升高，由銅箔粗糙度差異引起的插入損耗的差異變得越來(lái)越明顯。低粗糙度銅箔的配置能夠降低高頻情況下的插入損耗。

?PCB材料與信號(hào)完整性仿真和測(cè)試驗(yàn)證和測(cè)定的兼容性

一個(gè)。信號(hào)完整性仿真驗(yàn)證PCB材料電氣性能的兼容性

信號(hào)完整性仿真能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能并評(píng)估材料電性能的兼容性。仿真有兩種形式：預(yù)仿真和后仿真。

預(yù)仿真，也稱仿真仿真，是指設(shè)計(jì)前的仿真。預(yù)模擬的目的在于意識(shí)到傳輸線的特征阻抗，通孔電容效應(yīng)以及線間間距對(duì)傳輸信號(hào)的影響，這將有利于PCB布線設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段，PCB材料的Dk/Df也受到關(guān)注，只是初步評(píng)估。

后仿真是指在PCB制造之前的疊層和布線設(shè)計(jì)之后的正確性檢查。它基于最終設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)，涵蓋傳輸質(zhì)量仿真和串?dāng)_仿真。利用PCB設(shè)計(jì)過程中添加的后仿真流程圖，基于后仿真結(jié)果，可以確定以前的PCB材料電性能是否合適。

b。通過信號(hào)完整性測(cè)試確定的材料兼容性

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)完整性測(cè)試是檢查產(chǎn)品的性能。低損耗或低Dk/Df的材料是通信網(wǎng)絡(luò)PCB設(shè)計(jì)過程中需要考慮的重要因素。在高速設(shè)計(jì)中，PCB材料的Dk/Df對(duì)介電損耗的貢獻(xiàn)很大，因?yàn)镻CB材料的Df與介電損耗正相關(guān)，而Dk在某種程度上也有貢獻(xiàn)，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的損耗。基于材料Dk的設(shè)計(jì)優(yōu)化將影響阻抗連續(xù)性，直接影響回波損耗和串?dāng)_。

由于PCB材料的電氣性能對(duì)高速設(shè)備系統(tǒng)有很大影響，系統(tǒng)信號(hào)完整性測(cè)試的實(shí)施包括網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量，軌道崩潰和電磁干擾能夠幫助檢查以前PCB材料的兼容性。測(cè)試方法包括阻抗分析儀，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和時(shí)域反射器。

?PCB材料差異導(dǎo)致的PCB成本變化

為了選擇由多種材料制成的低成本材料，PCB材料之間的差異導(dǎo)致的PCB成本變化必須充分了解。

由于每種材料都有自己的芯板和預(yù)浸料，如果僅在一種類型的芯板和預(yù)浸料或有限類型上實(shí)施價(jià)格比較，則在材料成本比較過程中會(huì)產(chǎn)生偏差，這會(huì)誤導(dǎo)PCB材料的選擇。因此，必須對(duì)所有普通核心板和預(yù)浸料進(jìn)行價(jià)格比較，計(jì)算出平均值，以便明確PCB價(jià)格差異。

值得注意的是PCB價(jià)格也受到其他因素的影響設(shè)計(jì)參數(shù)。本文僅關(guān)注PCB材料差異帶來(lái)的PCB成本降低比例。

a。不同電氣性能水平的PCB材料引起的PCB成本差異

通過仿真可以得出結(jié)論，低水平材料的應(yīng)用比高水平材料的成本節(jié)約更加顯著。

灣由同一類別中的最佳材料選擇引起的PCB成本差異

即使在同一類別中，這些材料之間也存在價(jià)格差異。在電氣性能兼容的特權(quán)下，應(yīng)首先應(yīng)用具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的材料，以便節(jié)省成本。對(duì)于PCBCart，您可以使用PCB計(jì)算器，根據(jù)您的設(shè)計(jì)要求可以拾取不同類型的材料。當(dāng)然，不同的材料選擇會(huì)導(dǎo)致不同的報(bào)價(jià)結(jié)果。

?信號(hào)完整性仿真避免PCB材料選擇超過設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)過程中，如果高等級(jí)材料應(yīng)用于低等級(jí)材料可以完全達(dá)到信號(hào)完整性的產(chǎn)品，則會(huì)產(chǎn)生PCB成本浪費(fèi)，這被稱為PCB材料選擇過度設(shè)計(jì)。

通過型號(hào)完整性模擬，可以避免過度設(shè)計(jì)的問題，從而可以拾取合適類別的PCB材料，通過降低材料等級(jí)來(lái)提高成本。

?應(yīng)用特殊設(shè)計(jì)改進(jìn)插入損耗和信號(hào)傳輸質(zhì)量增加使用低等級(jí)材料的可能性

a。 Backdrill和盲目通過設(shè)計(jì)

背鉆和盲孔設(shè)計(jì)能夠減少和消除由通孔電鍍引起的信號(hào)傳輸影響，因?yàn)殡婂兺卓梢钥醋魇且环N可以提高信號(hào)傳輸質(zhì)量的電路。

灣表面處理

基于對(duì)PCB表面光潔度的一些研究，可以證實(shí)對(duì)于高速PCB，無(wú)鎳表面處理的應(yīng)用有助于減少插入損耗，從而實(shí)現(xiàn)材料的可能性可以增加低級(jí)別的應(yīng)用程序。 OSP和浸銀均可采用高速PCB作為表面處理。此外，OSP PCB由于其低成本而具有更多優(yōu)點(diǎn)。

c。采用高級(jí)和低級(jí)材料混合疊層降低材料等級(jí)

由于一些關(guān)鍵信號(hào)走線僅分布在高速PCB中的某些層上，所以低級(jí)甚至是普通材料材料可以應(yīng)用在沒有高速信號(hào)線的核心板上，這可以大大降低成本。