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高频pcb板材介电常数与介电损耗的特性

发布时间:2018-10-26人气:4

              随着高频化PCB 技术与产品占有越来越重要的地位,高频PCB板材的发展也出现了高速化,其中比较重要的一方面就是低介电常数和低介质损耗因数的材料的选择,这是PCB高频板材实现高速化,高频化的重要性能项目。文章针对基板材料的介电常数与介电损耗的关系加以论述,并对它们与外部环境的关系做出相应的阐述,使得在PCB 的制造中对各种基板材料进行合理正确的评估和使用。 前言 目前已经商品化的高频板材主要有三大类[1] [2]:聚四氟乙烯(PTFE)板材;热固性 PPO(Polyphenyl Oxide);交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板(FR-4)。PTFE 基板具有介电损耗小,介电常数小且随温度和频率的变化小,与金属铜箔的热膨胀系数接近等优点[3] [4],从而得到了广泛的应用。PTFE 与玻璃纤维、陶瓷搭配制备的基板,例如:RO3200,RO3210,RO4003 等系列已经能够满足介电常数 2.2~10.8,工作频段为 30 MHz~30 GHz 的要求[5]。虽然,PTFE 微波板制造发展迅猛,但与之相适应的工艺是由传统的 FR-4 印制电路制造工艺改进而成[6]。

                现在电子信息产品特别是微波器件的高速发展,集成度极大的提高和数字化、高频化、多功能化和在特殊环境中应用等要求已经向一般的 PTFE 高频板以及制造工艺提出了挑战。对于微波 PCB 的高速、高频化的特性, 主要是通过两方面的技术途径:一方面是使这种发展成为高密度布线微细导线及间距、微小孔径、薄形以及导通、绝缘的高可靠性。这样, 可以进一步缩短信号传输的距离, 以减少它在传输中的损失。另一方面, 要采用具有高速、高频特性的用基板材料。而后者的实现, 是要求业开展对这类基板材料比较深入的了解、研究工作找出并掌握准确控制的工艺方法, 以此来达到所选用的基板材料与的制造工艺、性能及成本要求能够实现合理匹配的目的。 在高频电路中,信号传输速度可以表示为: 高频pcb板材介电常数与介电损耗的特性 可以看出,基板介电常数越低,信号传播得越快,因此要得到高的信号传输速率,就必须研究开发低介电常数的基板材料。 介电常数除了直接影响信号的传输速度以外,还在很大程度上决定特性阻抗,它可以表示为 可以看出,影响特性阻抗的主要因素是: (1)基板的介电常数 ε r;(2)介质厚度h ; (3)导线宽度w ;(4)导线厚度t 等。基板介电常数越小,特性阻抗就越大。 在高速电路中需要高的特性阻抗值,必须研究开发低介电常数的材料。同时为了实现高速数字电路 PCB 中的阻抗连续稳定,要求基板材料有稳定的介电常数. 1 PCB 上的信号传输损失与高频板材性质的关系 导体电路上的传输损失中的介质损失是主要受到基板材料绝缘层的介电常数( ε r)、介质损失因数(tan δ )所支配的。对传输损失的影响与 ε r、tan δ 的大小成正比, 并与介质工作时的频率大小相关。在同一 ε r或 tan δ 下, 频率越高, 其传输损失就越大,图 1 表示了上述关系。

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