高速PCB和系统设计:您的顶级电路板材料考虑
任何做过房屋改造的人可能都非常熟悉选择使用什么材料所带来的权衡。几年前，当我翻新我的厨房时，我想用硬木地板取代旧的地板，但我没有预算，所以我选择了一个不那么贵的选择。问题是，房子里有三个十几岁的男孩，还有他们的几百个朋友，还有一条狗，便宜的替代地板根本不起作用。现在我的地板开始脱落，都是因为我做了错误的选择。
在为高速PCB和系统设计选择材料时，我们面临着类似的情况。由于维护需求更紧信号的完整性在美国，高速设计对电路板材料的要求比标准设计高得多。在这些设计中，电路板材料本身成为整体信号完整性方程的一部分，并且必须对其介电常数保持更严格的公差，以帮助控制阻抗。如果没有这种控制，高速信号就会相互反射导致相声以及不理想的信号性能。那么问题来了，在选择高速板的材料时，我们应该考虑什么呢?
高速PCB和系统设计应该使用什么材料?
在开始为电路板选择哪种PCB材料的决策过程之前，您必须首先清楚地定义电路板将做什么以及它将用于什么。例如，信号性能可能会受到您选择的材料的影响，这些选择也会对最终板的耐用性和成本产生影响。列出一份你应该考虑的事情的清单会很有帮助，所以这里有一些建议可以帮助你开始:
这将是一个具有可控阻抗的高速设计吗?
电路板的功能有主要的散热问题吗?
该板是用于短期消费品，还是用于卫星、航天器等长期产品?
这块板子能承受恶劣的环境吗?
最终价格是主要考虑因素吗?
一旦你确定了你的电路板要做什么，它将用于什么，你可以更好地决定PCB材料的选择。PCB层压板有许多不同类型的材料，它们可以分为一般的产品家族，包括以下:
环氧树脂:通常指FR-4，这些材料用于标准PCB制造。
增强的环氧树脂:这些材料具有较好的电学性能，非常适合复杂的多层结构高速设计．
聚酰亚胺:这些材料非常坚固，表现出优异的热性能和机械性能，使它们成为恶劣环境中高级应用的理想选择。
PTFE(聚四氟乙烯):这些材料也被称为“特氟龙”，具有非常低的介电损耗因子，使其成为高频射频应用的理想选择。
在每个家族中都有不同的分类、产品和品牌名称。虽然FR-4被认为是PCB结构中使用的“标准”材料，但实际上FR-4有许多不同的分类可供选择。
高速PCB设计可能需要不同于标准FR-4的材料
为什么FR-4并不总是高速PCB材料的最佳选择
FR-4或其变体之一，多年来一直被传统地用于印刷电路板的制造。它非常具有成本效益，提供良好的电气绝缘，在干燥和适度潮湿的条件下也很坚固。它也是制造商更容易使用的材料之一，这也增加了它的受欢迎程度。但当它超过了运行极限时，FR-4可能会很快出现一些问题:
无法控制阻抗: FR-4不允许像高速板材料那样严格控制介电常数。使用这些材料将使介电常数公差保持在2%或更好，而FR-4仅额定为10%。
信号丢失:高速传输线频率越高，信号丢失的可能性越大。FR-4通常具有更高的耗散因子，允许比PTFE等高速材料更多的信号损失。
机械稳定性虽然FR-4相当坚固，但如果暴露在过高的功率、电压和热量下，它也有其局限性。如果超过了这些限制，材料的绝缘特性就会分解，开始导电。
吸湿性: FR-4的吸湿率可达近50%。这使得聚四氟乙烯材料，可以有低至2%的评级，在某些环境下是更好的选择。
在PCB材料的世界中，有相当大的进步正在定期进行。虽然标准FR-4材料可能不是某些高速PCB和系统设计的最佳选择，但可能有一种新的环氧树脂变体可能正是您所需要的。当然，关键是在你投入到一个或另一个特定的材料之前尽可能多地了解。
先进的PCB设计工具在创建高速设计中是必不可少的
如何在高速PCB材料上做出最佳选择
为了做出PCB材料的最佳选择，首先要进行一些研究。你可以在PCB制造商的网站上找到很多有用的信息，以及白皮书和其他研究文件。不过，最好的做法是尽早与您选择的PCB制造商接触，让他们帮助您做出正确的决定。给他们带来你的PCB的规格，它正在做什么，它将用于什么，他们将能够向你展示最好的材料。重要的是和你的制造者合作。这就是他们所在的行业，他们真的很擅长自己的工作。
一旦你选择了电路板材料，你就可以继续定义你的PCB层堆叠。虽然这可能是诱人的开始在这部分工作，这是绝对关键的，你不指定堆叠的高速设计，直到你决定什么板材料将被使用。阻抗计算依赖于了解您使用的PCB材料的种类，以便准确。
一旦确定了材料，您就可以使用正确的电源和接地层策略来规划PCB堆叠，并考虑阻抗控制路由的层厚度。
除了与PCB制造商合作确定PCB层堆叠应该如何组成之外，另一种帮助自己的方法是使用PCB设计工具都是为了帮助你你的高速设计．我们使用OrCAD PCB Designer，并发现高速规则和约束对我们的高速设计布局非常有帮助。
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