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技術專題
PCB材料選擇
有時，我會遇到一些設計師的問題，他們想進一步了解PCB材料的選擇和制造工藝。我得到的一個問題是PCB芯與預浸料之間的確切區別。這些術語有時可以互換使用，包括由新手設計師使用。
明確了芯材和預浸料之間的區別之后，應使用哪種材料？重要的參數在電鍍，蝕刻和固化期間如何變化？隨著越來越多的設計人員必須非常熟悉GHz頻率的工作，這些要點對于正確確定這些材料上的走線大小并避免復雜的信號完整性問題變得非常重要。
PCB核心與預浸料之間的區別
PCB芯和層壓板是相似的，并且在某些方面有很大的不同。您的核心實際上是一個或多個預浸料層壓板，這些層壓板可以通過加熱進行壓制，硬化和固化，并且該核心的每一側均鍍有銅箔。預浸材料用樹脂浸漬，其中樹脂硬化但未固化。大多數制造商將預浸料坯描述為將核心材料粘合在一起的膠水。當將兩個芯堆疊在預浸料層壓板的每一側時，將堆疊暴露在熱下會導致樹脂開始粘合到相鄰層。硬化后的樹脂通過交聯緩慢固化，其最終的材料性能開始接近芯層的性能。
樹脂材料包裹了玻璃編織物，該玻璃編織物的制造過程與制造紗線的過程非常相似。玻璃組織可以很緊（例如7628預浸料）或很松（例如1080預浸料），在制造過程中可以用織機控制。紗線的任何間隙和整體均勻性將決定電磁性能，電磁性能隨后會導致色散，損耗以及板上信號所見的任何纖維編織效應。
FR4 PCB芯/預浸料編織及其重要的材料性能
根據樹脂含量，樹脂類型和玻璃編織，PCB芯和預浸料的介電常數可能略有不同。當設計要求非常精確的阻抗匹配的電路板時，這可能是個問題，因為軌道上的信號所看到的有效介電常數取決于周圍材料的介電常數。并非所有的預浸料和芯材都相互兼容，并且具有不同介電常數的芯/預浸料疊堆使得很難預測互連中的確切介電常數和損耗（請參見下文）。
對于任何PCB芯或半固化片材料，高電壓下的爬電和泄漏電流都是一個問題。銅的電遷移以及隨后的導電絲生長是FR4材料的爬電規范的原因之一。該問題以及對提高玻璃化轉變和分解溫度的期望促使了在FR4芯和層壓板中轉向使用非雙氰胺樹脂。與DICY樹脂相比，酚醛樹脂提供更高的分解溫度和玻璃化轉變溫度，同時在完全固化后還提供更高的絕緣電阻。
芯材和預浸料的有效介電常數
由于芯材和預浸料的結構明顯不同，從信號完整性的角度來看，獲得介電常數和損耗角正切的準確值非常重要。當信號的上升時間很短時，您可能可以擺脫從營銷數據表中獲取價值的想法。一旦您的膝蓋頻率或模擬信號達到GHz范圍，您就需要小心使用數據表中引用的值，尤其是在建模互連行為和使用阻抗控制的布線時。
數據表值的問題在于，實際測得的介電常數取決于測試方法，布線幾何形狀，特定頻率（特別是在GHz范圍內），樹脂含量甚至材料厚度。PCB芯/半固化片材料中的編織圖案使它們高度不均勻且各向異性，這意味著重要的材料特性在空間和方向上都不同。這就是我們產生纖維編織效應（例如偏斜和纖維腔共振）的原因。
您可能會想，為什么在表征材料特性時層壓板的厚度很重要？原因是表征信號行為的重要參數是有效介電常數（請記住，這是一個復數！），這取決于材料中使用的走線尺寸和層厚度。看看這些關于微帶線和對稱帶狀線傳輸線的文章。
最后，要考慮的另一個重要參數是給定層壓板的銅粗糙度。但是，您可以使用一個簡單的線性近似來說明銅的粗糙度：
具有銅粗糙度的有效介電常數
在該方程式中，H是電介質的厚度，zRMS是粗糙度的均方根變化（標準偏差）。RMS值應由層壓板制造商指定。如果您為高速而設計，并且需要阻抗控制的布線，那么制造商應該可以為您提供這些值。為了進行建模，您需要使用正確的模型來描述粗糙度。
如果您正在以極高的速度/高頻和低信號電平工作，并且需要高度準確的互連特性，那么很好的選擇是創建一個測試樣片并使用標準測量來確定有效介電常數。您的測試方法應使用與所需互連幾何形狀緊密匹配的幾何形狀。這需要在前端進行一些工作，但是準確的測試和測量可以節省您在后端進行的不必要的原型制作。