高速PCB和系統(tǒng)設(shè)計：電路板材料注意事項

在為高速PCB和系統(tǒng)設(shè)計選擇材料時，我們面臨著類似的情況。由于對保持信號完整性的要求越來越嚴格，因此與標準設(shè)計相比，高速設(shè)計對電路板材料的要求更高。在這些設(shè)計中，板材料本身已成為整個信號完整性方程式的一部分，必須將其介電常數(shù)保持在更嚴格的公差范圍內(nèi)，以幫助控制阻抗。沒有這種控制，高速信號可能會相互反射，從而導(dǎo)致串擾和不良信號性能。那么問題是，在為高速板選擇材料時我們應(yīng)該考慮什么？

高速PCB和系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)使用哪種材料？

在開始決定要為電路板選擇哪種PCB材料之前，您必須首先明確定義電路板的用途以及用途。例如，信號性能可能會受到所選材料的影響，這些選擇也會影響最終電路板的耐用性和成本。將自己列出要考慮的內(nèi)容可能會有所幫助，因此，以下是一些入門的點子：

l這將是一個具有受控阻抗問題的高速設(shè)計嗎？

l電路板的功能是否存在主要的散熱問題？

l該板是否可用于短期消費產(chǎn)品或衛(wèi)星和航天器等長期產(chǎn)品？

l該板是否會在惡劣的環(huán)境中使用？

l最終價格是主要考慮因素嗎？

一旦確定了電路板將要做什么以及將用于什么用途，就可以更好地決定要選擇哪種PCB材料。PCB層壓板使用許多不同類型的材料，可以將它們分為普通的產(chǎn)品系列，包括：

l環(huán)氧樹脂：通常稱為FR-4，這些材料用于標準PCB制造。

l增強型環(huán)氧樹脂：這些材料具有更好的電性能，非常適合復(fù)雜的多層高速設(shè)計。

l聚酰亞胺：這些材料非常堅固，并具有出色的熱和機械性能，使其非常適合苛刻環(huán)境中的高級應(yīng)用。

lPTFE（聚四氟乙烯）：也被稱為“ Teflon”，這些材料的介電損耗因子非常低，使其非常適合高頻RF應(yīng)用。

在每個系列中都有不同的分類，產(chǎn)品和品牌名稱。盡管FR-4被認為是PCB構(gòu)造中使用的“標準”材料，但實際上FR-4有許多不同的分類可供選擇。

為什么FR-4并非總是高速PCB材料的最佳選擇

FR-4或其變體之一，在印刷電路板的制造中傳統(tǒng)上已使用多年。它非常具有成本效益，提供了良好的電氣絕緣，并且在干燥和中等濕度的條件下堅固。它也是制造商易于使用的材料之一，這也增加了其流行度。但是，當FR-4超出其運行極限時，它可能會急忙表現(xiàn)出一些問題：

l無法控制阻抗：FR-4不能像高速板材料那樣嚴格控制介電常數(shù)。使用這些材料將使介電常數(shù)容差保持在2％或更高的范圍內(nèi)，而FR-4的額定容差僅為10％。

l信號丟失：高速傳輸線頻率越高，信號丟失的可能性就越大。與高速材料（例如PTFE）相比，FR-4通常具有更高的耗散因數(shù)，從而導(dǎo)致更多的信號損耗。

l機械穩(wěn)定性：盡管FR-4相當堅固，但是如果暴露于過多的功率，電壓和熱量下，它確實有其局限性。如果超過了這些限制，則材料的絕緣質(zhì)量將下降并開始導(dǎo)電。

l吸濕率：FR-4的吸濕率高達近50％。這使得PTFE材料（額定值低至2％）成為某些環(huán)境的更好選擇。

定期在PCB材料領(lǐng)域取得了長足的進步。盡管對于某些高速PCB和系統(tǒng)設(shè)計而言，標準FR-4材料可能不是最佳選擇，但也許正是您需要的新型環(huán)氧樹脂。當然，關(guān)鍵是在致力于一種或另一種特定材料之前，要找到盡可能多的信息。

如何在高速PCB材料中做出最佳選擇

為了最好地選擇PCB材料，首先要進行一些研究。您可以在PCB制造商的網(wǎng)站以及白皮書和其他研究文檔中找到許多有用的信息。絕對最好的辦法是盡早與您選擇的PCB制造商合作，讓他們幫助您做出正確的決定。為他們提供PCB的規(guī)格，其功能以及用途，它們將為您展示最佳的材料。重要的是與您的制造商合作。這是他們從事的業(yè)務(wù)，他們確實擅長于自己的工作。

選擇了板材料后，就可以繼續(xù)定義PCB層堆疊了。盡管可能會搶先做好這部分工作，但絕對至關(guān)重要的是，在決定使用哪種板材料之前，不要指定高速設(shè)計的堆棧。阻抗計算依賴于知道您所使用的PCB材料的種類，以使其準確。

確定材料之后，您可以使用正確的電源和接地層策略以及考慮阻抗控制布線的層厚度來計劃PCB堆疊。