高频布线工艺和PCB板选材Word版

高頻佈線工藝和PCB板選材

國家數位交換系統工程技術研究中心

張建慧饒龍記[鄭州1001信箱787號]

摘要：本文通過對微帶傳輸特性、常用板材性能參數進行比較分析，給出用於無線通信類比前端、高速數位信號等應用中PCB板材選取方案，進一步從線寬、過孔、線間串擾、遮罩等方面總結高頻板PCB設計要點。

關鍵字：PCB板材、PCB設計、無線通信、高頻信號

近年來在無線通信、光纖通信、高速資料網路產品不斷推出，資訊處理高速化、無線模擬前端模組化，這些對數位信號處理技術、IC工藝、微波PCB設計提出新的要求，另外對PCB板材和PCB工藝提出了更高要求。

變化誤差在如商用無線通信要求使用低成本的板材、穩定的介電常數（ε

r

±1-2％間）、低的介電損耗（0.005以下）。具體到手機的PCB板材，還需要有多層層壓、PCB加工工藝簡易、成品板可靠性高、體積小、集成度高、成本低等特點。為了挑戰日益激烈的市場競爭，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採取折衷。

目前可供選用的板材很多，有代表性的常用板材有：環氧樹脂玻璃布層壓板FR4、多脂氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯玻璃布F4、改性環氧樹脂FR4等。特殊板材如：衛星微波收發電路用到藍寶石基材和陶瓷基材；微波電路基材GX系列、

B-1/2系列。它們使用的RO3000系列、RO4000系列、TL系列、TP-1/2系列、F

4

場合不同，如FR4用於1GHz以下混合信號電路、多脂氟乙烯PTFE多用於多層高頻電路板、聚四氟乙烯玻璃布纖維F4用於微波電路雙面板、改性環氧樹脂FR4用於家用電器高頻頭（500MHz以下）。由於FR4板材易加工、成本低、便於層壓，所以得到廣泛應用。

下面我們從微帶傳輸線特性、多層板層壓工藝、板材參數性能比較等多個方面分析，給出了對於特殊應用的PCB板材選取方案，總結了高頻信號PCB設計要點，供廣大電子工程師參考。

1微帶傳輸線傳輸特性

板材的性能指標包括有介電常數ε

、損耗因數（介質損耗角正切）tgδ、表

r

面光潔度、表面導體導電率、抗剝強度、熱漲係數、抗彎強度等。其中介電常數、損耗因數是主要參數。

ε

r

高速資料信號或高頻信號傳輸常用到微帶線（Microstrip Line），由附著在介質基片兩邊的導帶和導

體接地板構成，且導帶一部

分暴露在空氣中，信號在介

質基片和空氣這兩種介質

中傳播引起傳輸相速不等Array會產生輻射分量、如果合理

選用微帶尺寸這種分量很

小。

如圖一基片結構所示，銅皮厚t 一般很小，在0.5OZ （17μm 、0.7mil ）到1 OZ （35μm 、1.35mil ），導帶特性有基片介電常數εr 、線寬W 、板厚d 決定。 （1）微帶傳輸線特性阻抗

微帶傳輸線的特性阻抗Z 0計算如下：

當w/d ≤1，微帶傳輸線的特性阻抗Z 0表示為：

當 w/d ≥1，微帶傳輸線的特性阻抗Z 0表示為：

其中εe 叫有效介電常數，是把兩種介質對微帶特性阻抗的貢獻等效為一種假想的均勻介質。

圖二說明了Z 0和W/d 、εr 間的關係，W/d 愈大Z 0愈低、εr 愈大Z 0愈低。

⎪⎭

⎫ ⎝⎛+

d w w d

e 48ln 60επ⎪

⎭⎫

⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+*++444.1ln 667.0393.1100d w d

w e επ

w

d

r r 1211

21

21e +

*

-+

+=

εεε传输线特性阻抗与W/d

50100150200

0.10.20.30.50.8

1

2

3

4

W/d

特性阻抗

圖 二 Z 0和W/d 、εr 間的關係

以汕頭超聲印製板廠提供的板厚1.68mm(頂層厚0.3mm)的FR4/S1139為例，

表一 50歐姆/75歐姆微帶傳輸線線寬參數

同樣在六層板和八層板微帶傳輸線設計中如果已知微帶線的介質厚度d ，根據W/d 值可以計算出微帶傳輸線線寬W 。 （2）微帶傳輸線損耗

微帶傳輸線損耗由三個因素決定：半開放性引起的輻射（這種損耗很小）；介質熱損耗αd （板材原因）；高頻趨膚效應引起的導體損耗αc 。導體損耗是主要的，導體損耗αc 與W/h （h 為基片厚度）成反比，也與光潔度有關。當W/h 一定，介質損耗與損耗因數和頻率成正比。 （3）微帶色散特性

當頻率高到微帶尺寸相對λ/4或λ/2足夠大時，將出現嚴重色散特性還增加了輻射損耗。如果固定在某個頻率，在此頻率下色散效應可不考慮。阻抗越低、基片越厚、εr 越高，微帶色散越嚴重，或板材確定後，頻率愈高色散愈嚴重。 （4）信號在介質中的傳輸波長和相速

λc 為實際在自由空間中傳播波長。由此可見εe 越高波長減短，信號在傳輸線中的相速降低。由相速和傳輸線長可得傳播時延t=V p *L 。

2 帶狀線傳輸特性

微帶傳輸線在介質基片和空氣兩種媒質中傳輸，帶狀線在同一媒質中傳輸，

相似，與W/b,t/b 有關，與微帶傳輸線不同的是t 對傳輸特性阻抗的影響

較大。圖三為帶狀線傳輸示意。1.6mm

厚、八層PCB 板、FR4 板材的PCB 單

板，其50歐姆/75歐姆帶狀輸線線寬

參數見表二。

e

c c ελλ/'=e

c c p f f v ελλ/00'*=*=