圖四 六層板層壓結構
4、常用板材性能參數比較
由上所述,板材對PCB設計和加工影響最大的參數主要是介電常數和損耗因子。對于多層板設計,板材選取還需考慮加工沖孔、層壓性能。下面是FR4/PTFE/F4/S1139/RO4350等幾種板材的參數說明。
性能參數 | 單位 | 板材 | ||||
FR4 | S1139 | RO4350 | F4(SGP-500)) | PTFE | ||
介電常數 | 4.2~5.4 | 3.8 | 3.48 | 2.6 | 2.5 | |
損耗角正切 | ≤0.035 | 0.008 | 0.004 | 0.0022 | 0.0019 | |
εr溫度系數 | ppm/0c | N/A | 50 | |||
熱脹系數 | ppm/0c | 21 | 14~16 | 21 | ||
銅箔抗剝強度 | pli | 10 | 2.9 | 0.9 | 2.9 | |
尺寸穩定度 | mm/m | 0.5 | ||||
加工工藝難易(孔化、表面處理) | 與FR4相當 | 與FR4相當 | 加工通孔時表面需特殊處理 |
表三 板材主要參數性能比較
由以上傳輸線特性阻抗、損耗、傳播波長分析和板材比較,產品設計須考慮成本,市場因素。因此建議在PCB設計中,設計者選取板材考慮如下關鍵因素:
(1)信號工作頻率不同對板材要求不同。
(2)工作在1GHz以下的PCB可以選用FR4,成本低、多層壓制板工藝成熟。如信號入出阻抗較低(50歐姆),在布線時需要嚴格考慮傳輸線特性阻抗和線間耦合,缺點是不同廠家以及不同批生產的FR4板材摻雜不同,介電常數不同(4.2-5.4)且不穩定。
(3)工作在622Mb/s以上的光纖通信產品和1G以上3GHz以下的小信號微波收發信機,可以選用改性環氧樹脂材料如S1139,由于其介電常數在10GHz時比較穩定、成本較低、多層壓制板工藝與FR4相同。如622Mb/s數據復用分路、時鐘提取、小信號放大、光收發信機等處建議采用此類板材,以便于制作多層板且板材成本略高于FR4(高4分/cm2左右),缺點是基材厚度沒有FR4品種齊全?;蛘?,采用RO4000系列如RO4350,但目前國內一般用的是RO4350雙面板。缺點是:這兩種板材不同板厚品種數量不齊全,由于板厚尺寸要求,不便于制作多層印制板。如RO4350,板材廠家生產的規格有10mil/20mil/30mil/60mil等四種板厚,而目前國內進口品種更少,因此限制了層壓板設計。
(4)3GHz以下的大信號微波電路如功率放大器和低噪聲放大器建議選用類似RO4350的雙面板材,RO4350介電常數相當穩定、損耗因子較低、耐熱特性好、加工工藝與FR4相當。其板材成本略高于FR4(高6分/cm2左右)。
(5)10GHz以上的微波電路如功率放大器、低噪聲放大器、上下變頻器等對板材要求更高,建議采用性能相當于F4的雙面板材。
(6)無線手機多層板PCB板材要求板材介電常數穩定度、損耗因子較低、成本較低、介質屏蔽要求高,建議選用性能類似PTFE(美國/歐洲等多用)的板材,或FR4和高頻板組合粘接組成低成本、高性能層壓板。
圖五 典型射頻/數字多層板結構
典型射頻/數字多層板結構,基于RO4350板材的層壓板,其可能的帶狀線和微帶傳輸線結構見圖五。