为高频应用选择PCB材料时的注意事项

2019年6月5日

为电影配乐而录制管弦乐队音乐的录音师

我最喜欢的一些音乐是为电影创作的。如果操作得当，音乐将突出和增强屏幕上正在发生的事情，而不会引起人们的注意。这不仅仅是音乐的音量或强度，还有作曲家选择的节奏、乐器和音调，这些都将突出故事。

如果电影中的明星正在做一件英勇的事情，通常会在大调中响起明亮快速的铜管大鼓。为了传达一种更忧郁的情绪，你可能会在小调中听到弦乐和圆号发出的低而缓慢的音调。电影中的音乐创造了支撑整个故事的情感基础，而大多数时候我们甚至都没有注意到它。

以类似的方式，进入高频电路板结构的材料也起着重要的支撑作用。电路板的性能通常被视为在组件放置和布线之间上演的戏剧，电路板材料为故事提供了基础。

就像电影里的音乐一样，如果木板材料的工作正确的话，它们在很大程度上是不会被注意到的。但如果使用了错误的材料，那就小心了!它可能会在PCB的性能上产生真正的不良影响。关键在于为高频应用选择PCB材料，这些材料将完成您需要的工作;支持您的高速设计的性能。

高频应用中正确选择PCB材料的必要性

电路板本身是由非导电介质衬底核心层和介质层压板层组成的复合材料。铜箔，将成为金属痕迹和电源平面的板使用层压板层作为他们的基础。芯线和层压层都是由各种材料制成的，它们被设计成满足特定的介电常数和其他性能要求。与更严格的信号完整性要求在高频电路中，电路板材料的介电特性在整个信号完整性方程中所占的比例要大得多。

多年来使用的标准电路板材料一直是FR-4，这是一种阻燃型4编织玻璃增强环氧层压板。这种材料非常具有成本效益，易于工作，使其成为PCB制造商的理想选择。它也是一种非常好的电绝缘体和坚固的印刷电路板材料。

FR-4的问题是它确实有功率、电压和热量限制，当你的电路超过这些操作限制时FR-4的介电性能会开始恶化。这将创造一个条件，FR-4的绝缘性能将开始打破，它将开始允许电流通过。

FR-4的另一个问题是，在较高的电路速度下，介电常数将发生变化，信号损失将增加。所有这些行为都可能导致高频设计中的问题，如果这是您设计中的一个问题，您应该研究可用的高速板材料。

用于高频应用的PCB材料的原板候选

多年来FR-4一直是用于制造pcb的标准材料

高速板材料提供的好处

通过在电路板的构造中使用高速材料，您可以实现以下几个好处:

控制阻抗:高速板材料，如增强环氧树脂或聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)，将其介电常数(Dk)公差保持在+/- 2%或更好。适用于要求紧凑的电路控制阻抗路由，这成为一个非常重要的考虑因素。
信号的性能:另一个重要的考虑因素是全面的信号性能。随着传输线频率的增加，信号损失成为一个更大的问题。增强环氧树脂或聚四氟乙烯材料可以提供更低的耗散因子，从而有助于减少信号损失。
尺寸稳定性高频设计在制造和使用过程中都需要保持严格的物理公差。热固性碳氢化合物层压材料是机械稳定性较好的选择。
减少水分:另一个需要考虑的是电路板所用材料的吸湿等级。即使是少量的水分也会改变高频电路的电性能。传统FR-4的吸湿率可高达50%，而聚四氟乙烯等材料的吸湿率可低至2%。
热管理:高速设计通常会在运行中处理更多的热量，而聚酰亚胺等材料非常坚固，具有优异的热性能。这也使它们成为将在恶劣环境中使用的电路板的一个很好的选择。