如何选择高频高速板材

随着微处理器和信号转换传输器件运行速度提升,数字电路的运行速度也达到一个更高层次:100Gbps。使用通用的PCB板材将不能达到高速信号要求,电路板的选材将会决定产品的性能。 

选择PCB板材必须在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言,设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这板材问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损Df(Dielectricloss)会很大,可能就不适用。 

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举例来说,10Gb/S高速数字信号是方波,它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号:5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波(数字信号的高频谐波部分达到了微波频段)的低损耗低失真传输一样。因此,在诸多方面,高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。 

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在实际的工程操作中,高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的,通过本文的介绍,作为Pcb设计工程师或者高速项目负责人,对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠,设计出一块可靠性高、加工性好的产品,各种因素的考量达到最佳化。 

下面将分别介绍,选择合适的板材主要考虑因素: 

1、可制造性: 

比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)、防火等级; 

2、与产品匹配的各种性能(电气、性能稳定性等): 

低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦(高速/射频)联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题,做过大量的仿真和实际测试闭环验证,通过独有方法能做到仿真和实测一致。 

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3、材料的可及时获得性: 

很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料; 

4、成本因素Cost: 

看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、军工类的应用; 

5、法律法规的适用性等: 

要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。 

以上各个因素中,高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素,电路的速率越高,所选PCBDf值就应该越小。具有中,低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有超低损耗板材将适应更快的高速数字电路,其速率可以为50Gb/s或者更高。 

从材料Df看: 

Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路; 

Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路; 

Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。 

常用的高速板材有: 

1)、罗杰斯Rogers:RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等 

2)、台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等 

3)、松下Panasonic:Megtron4、Megtron6等 

4)、Isola:FR408HR、IS620、IS680等 

5)、Nelco:N4000-13、N4000-13EPSI等 

6)、东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等 

当然还有很多其他高频板材,比如Arlon(去年被罗杰斯收购)、Taconic,都是老品牌射频微波板厂,性能有保障。 

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以上综述了如何选择高速板材以及设计注意事项,实际中应用还得根据具体案例具体分析。 

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