在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域，高速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢對PCB材料的電氣性能提出了更高的要求。同時，為了提高電子產(chǎn)品的價格競爭力，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格競爭力的材料已成為PCB設(shè)計人員在通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的共同關(guān)注點。 PCBCart是一家中國的高品質(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測試和識別，銅箔粗糙度的混合應(yīng)用，信號完整性仿真和測試。此外，在材料選擇過程中，分析不同水平的材料之間的價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)動元件通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其對材料開發(fā)的影響

應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的PCB設(shè)計包含三個方面的驅(qū)動：高速，高密度和低成本，對開發(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

在PCB設(shè)計過程中，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。

材料價格會影響PCB的整體成本;材料的電性能與信號完整性直接相關(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)計過程中都應(yīng)考慮可加工性，耐熱性和UL認(rèn)證。

然而，對于通信網(wǎng)絡(luò)中的PCB，PCB由于從高速到低速的不同級別的要求，需要不同級別的材料。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，同類材料之間會出現(xiàn)價格差異。

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）方面識別和比較PCB材料

為了使所選材料符合要求信號完整性的第一個任務(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材料之間的真實電氣性能比較應(yīng)取決于實驗數(shù)據(jù)，因為測試方法和測試條件因供應(yīng)商而異。即使采用相同的測試方法，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)定性每個頻率。低Dk/Df將降低插入損耗，應(yīng)該注意到，在越來越高速的設(shè)計中，Df比Dk作為參數(shù)更重要。穩(wěn)定性是指隨著測試頻率的增加，Dk/Df不應(yīng)該明顯改變，這對信號完整性沒有好處。以下公式表示Dk/Df與插入損耗之間的關(guān)系：

b?；趯嶋H測試結(jié)果的材料之間的比較樣本

1、樣品測試數(shù)據(jù)累積

0級和1級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，這是一個合理的結(jié)果。此外，可以得出結(jié)論，隨著測試頻率的上升，Dk通常隨之變化。根據(jù)測試結(jié)果，每種材料的Dk在10GHz和15GHz時表現(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 ，這是一個合理的結(jié)果。此外，可以得出結(jié)論，隨著測試頻率的上升，Df通常也會上升。根據(jù)測試結(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，因為它具有最好的Df和相對優(yōu)異的Dk。接下來是第8號，因為它在Dk和Df方面就在第5號之后。然后是第3名。雖然第6名是最好的Dk，Df只是第四名。接下來是4號和7號。電氣性能是1號材料的最差表現(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。

基于這個公式，可以得出結(jié)論，粗糙度的增加銅箔會導(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。對高速信號的更高要求促進(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)實驗，可以總結(jié)出從4號材料開始，應(yīng)拾取RTF或VLP銅箔，并將其升級為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材料與信號完整性仿真和測試驗證和測定的兼容性

一個。信號完整性仿真驗證PCB材料電氣性能的兼容性

信號完整性仿真能夠預(yù)測系統(tǒng)性能并評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)計前的仿真。預(yù)模擬的目的在于意識到傳輸線的特征阻抗，通孔電容效應(yīng)以及線間間距對傳輸信號的影響，這將有利于PCB布線設(shè)計。在這個階段，PCB材料的Dk/Df也受到關(guān)注，只是初步評估。

后仿真是指在PCB制造之前的疊層和布線設(shè)計之后的正確性檢查。它基于最終設(shè)計參數(shù)實現(xiàn)，涵蓋傳輸質(zhì)量仿真和串?dāng)_仿真。利用PCB設(shè)計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。通過信號完整性測試確定的材料兼容性

對整個系統(tǒng)進(jìn)行信號完整性測試是檢查產(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)計過程中需要考慮的重要因素。在高速設(shè)計中，PCB材料的Dk/Df對介電損耗的貢獻(xiàn)很大，因為PCB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)，從而影響整個系統(tǒng)的損耗。基于材料Dk的設(shè)計優(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材料的電氣性能對高速設(shè)備系統(tǒng)有很大影響，系統(tǒng)信號完整性測試的實施包括網(wǎng)絡(luò)信號質(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。測試方法包括阻抗分析儀，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和時域反射器。

?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施價格比較，則在材料成本比較過程中會產(chǎn)生偏差，這會誤導(dǎo)PCB材料的選擇。因此，必須對所有普通核心板和預(yù)浸料進(jìn)行價格比較，計算出平均值，以便明確PCB價格差異。

值得注意的是PCB價格也受到其他因素的影響設(shè)計參數(shù)。本文僅關(guān)注PCB材料差異帶來的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)用具有價格優(yōu)勢的材料，以便節(jié)省成本。對于PCBCart，您可以使用PCB計算器，根據(jù)您的設(shè)計要求可以拾取不同類型的材料。當(dāng)然，不同的材料選擇會導(dǎo)致不同的報價結(jié)果。

?信號完整性仿真避免PCB材料選擇超過設(shè)計

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

通過型號完整性模擬，可以避免過度設(shè)計的問題，從而可以拾取合適類別的PCB材料，通過降低材料等級來提高成本。

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

a。 Backdrill和盲目通過設(shè)計

背鉆和盲孔設(shè)計能夠減少和消除由通孔電鍍引起的信號傳輸影響，因為電鍍通孔可以看作是一種可以提高信號傳輸質(zhì)量的電路。

灣表面處理

基于對PCB表面光潔度的一些研究，可以證實對于高速PCB，無鎳表面處理的應(yīng)用有助于減少插入損耗，從而實現(xiàn)材料的可能性可以增加低級別的應(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。

c。采用高級和低級材料混合疊層降低材料等級

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