PCB的驱动元件通信网络设备及其对材料开发的影响

在通信网络设备领域，高速系统的发展趋势对PCB材料的电气性能提出了更高的要求。同时，为了提高电子产品的价格竞争力，必须在材料成本控制方面考虑更多因素。如何选择既符合电气性能又具有价格竞争力的材料已成为PCB设计人员在通信网络领域的共同关注点。 PCBCart是一家中国的高品质PCB制造商，提供不同材料的各种PCB，专业选择合适的材料，满足高电气性能和低成本的要求。本文主要讨论了PCB材料选择的步骤和方法，包括Dk/Df测试和识别，铜箔粗糙度的混合应用，信号完整性仿真和测试。此外，在材料选择过程中，分析不同水平的材料之间的价格比较和相同水平的材料之间的材料比较，以降低PCB成本。

PCB的驱动元件通信网络设备及其对材料开发的影响

应用于通信网络设备的PCB设计包含三个方面的驱动：高速，高密度和低成本，对开发有相应的影响PCB材料，可以在下面的图1中进行总结。

PCB材料选择的注意事项

在PCB设计过程中，PCB材料的选择主要取决于以下因素：成本，电气性能，可加工性，耐热能力，UL认证等。

材料价格会影响PCB的整体成本;材料的电性能与信号完整性直接相关;材料的可加工性和耐热性决定了PCB的可靠性; UL兼容性材料是UL证书申请的特权。在所有这些要考虑的因素中，在所有领域的产品PCB设计过程中都应考虑可加工性，耐热性和UL认证。

然而，对于通信网络中的PCB，PCB由于从高速到低速的不同级别的要求，需要不同级别的材料。电气性能和材料成本通常相互作用，因此具有更高等级的材料通常具有优异的电性能，但也具有高成本。此外，由于材料类型不同，同类材料之间会出现价格差异。

如何确定一种既能满足电气性能要求又能满足要求的材料呢？ PCB和考虑成本控制在于准确判断和识别Dk/Df，其表现出电气性能参数，铜箔与低粗糙度的匹配，以确保所有类型材料之间的电气性能和成本差异。

因此，在本文中，从PCB材料选择方面分析了电气性能和成本两个方面。

如何平衡PCB材料选择中的电气性能和成本

•在电气性能（Dk/Df）方面识别和比较PCB材料

为了使所选材料符合要求信号完整性的第一个任务在于P之间的判断和比较CB材料的电气性能（Dk/Df）。

a。材料间电气性能的比较方法和判断标准

不同供应商的材料之间的电气性能比较应采用相同的试验方法并在相同条件下进行，以提供相当客观的参考。

尽管供应商提供的规格中提供了相应预浸料和核心板的Dk/Df值，但直接参考规格数据是不可接受的或科学的。 PCB材料之间的真实电气性能比较应取决于实验数据，因为测试方法和测试条件因供应商而异。即使采用相同的测试方法，由于操作不同，仍可能存在差异。

PCB材料电性能的判断标准是Dk和Df的值及其稳定性每个频率。低Dk/Df将降低插入损耗，应该注意到，在越来越高速的设计中，Df比Dk作为参数更重要。稳定性是指随着测试频率的增加，Dk/Df不应该明显改变，这对信号完整性没有好处。以下公式表示Dk/Df与插入损耗之间的关系：

b。基于实际测试结果的材料之间的比较样本

1、样品测试数据累积

0级和1级材料显示出更好的电气性能，它们仅适用于超高速PCB。表1显示了Dk/Df测试后两类中8种材料的结果比较。

2、 Dk的比较

根据表1，如果根据规格数据进行比较，则Dk的顺序应为6> 3> 5> 7> 8> 4> 2 = 1根据其影响。

然而，在相同条件下，根据其影响，Dk的顺序应为6> 5> 8> 3> 7> 4> 2> 1，这是一个合理的结果。此外，可以得出结论，随着测试频率的上升，Dk通常随之变化。根据测试结果，每种材料的Dk在10GHz和15GHz时表现出优异的稳定性，其变化在0.03以内。

3、 Df的比较

根据表1，如果根据spec的数据进行比较，则Df的顺序应为6> 5> 7> 8> 3> 2 = 1> 4，根据其影响。

然而，在相同条件下，Df的顺序应根据其影响5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1 ，这是一个合理的结果。此外，可以得出结论，随着测试频率的上升，Df通常也会上升。根据测试结果，每种材料的Df在10GHz和15GHz下表现出优异的稳定性，其变化在0.0005以内。

4、材料的电气性能比较和判断

根据本节的a部分，材料5具有最佳的电气性能，因为它具有最好的Df和相对优异的Dk。接下来是第8号，因为它在Dk和Df方面就在第5号之后。然后是第3名。虽然第6名是最好的Dk，Df只是第四名。接下来是4号和7号。电气性能是1号材料的最差表现。总之，电性能的顺序应为5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1.

•低粗糙度铜箔的应用

下面的公式表明了铜箔粗糙度与趋肤效应和导体损耗之间的关系。

公式， a cond，粗糙 是指导体的插入损耗; R RMS 是指铜箔的粗糙度; δ指皮肤效应; f 指频率; μ和σ是指材料的导电率和渗透率。

基于这个公式，可以得出结论，粗糙度的增加铜箔会导致导体损耗增加。普通铜箔的粗糙度通常大于6μm。由于高速信号的传输要求，开发并应用了反向处理箔（RTF）和VLP铜箔，其铜箔粗糙度约为3μm。对高速信号的更高要求促进了HVLP或类似铜箔的1μm至2μm的粗糙度。

在PCB材料选择过程中，配置低粗糙度铜箔以减少插入损耗并改善材料的电气性能。根据实验，可以总结出从4号材料开始，应拾取RTF或VLP铜箔，并将其升级为HVLP或类似铜箔，以便提高材料的电性能，导体插入损耗降低。随着频率的升高，由铜箔粗糙度差异引起的插入损耗的差异变得越来越明显。低粗糙度铜箔的配置能够降低高频情况下的插入损耗。

•PCB材料与信号完整性仿真和测试验证和测定的兼容性

一个。信号完整性仿真验证PCB材料电气性能的兼容性

信号完整性仿真能够预测系统性能并评估材料电性能的兼容性。仿真有两种形式：预仿真和后仿真。

预仿真，也称仿真仿真，是指设计前的仿真。预模拟的目的在于意识到传输线的特征阻抗，通孔电容效应以及线间间距对传输信号的影响，这将有利于PCB布线设计。在这个阶段，PCB材料的Dk/Df也受到关注，只是初步评估。

后仿真是指在PCB制造之前的叠层和布线设计之后的正确性检查。它基于最终设计参数实现，涵盖传输质量仿真和串扰仿真。利用PCB设计过程中添加的后仿真流程图，基于后仿真结果，可以确定以前的PCB材料电性能是否合适。

b。通过信号完整性测试确定的材料兼容性

对整个系统进行信号完整性测试是检查产品的性能。低损耗或低Dk/Df的材料是通信网络PCB设计过程中需要考虑的重要因素。在高速设计中，PCB材料的Dk/Df对介电损耗的贡献很大，因为PCB材料的Df与介电损耗正相关，而Dk在某种程度上也有贡献，从而影响整个系统的损耗。基于材料Dk的设计优化将影响阻抗连续性，直接影响回波损耗和串扰。

由于PCB材料的电气性能对高速设备系统有很大影响，系统信号完整性测试的实施包括网络信号质量，轨道崩溃和电磁干扰能够帮助检查以前PCB材料的兼容性。测试方法包括阻抗分析仪，矢量网络分析仪和时域反射器。

•PCB材料差异导致的PCB成本变化

为了选择由多种材料制成的低成本材料，PCB材料之间的差异导致的PCB成本变化必须充分了解。

由于每种材料都有自己的芯板和预浸料，如果仅在一种类型的芯板和预浸料或有限类型上实施价格比较，则在材料成本比较过程中会产生偏差，这会误导PCB材料的选择。因此，必须对所有普通核心板和预浸料进行价格比较，计算出平均值，以便明确PCB价格差异。

值得注意的是PCB价格也受到其他因素的影响设计参数。本文仅关注PCB材料差异带来的PCB成本降低比例。

a。不同电气性能水平的PCB材料引起的PCB成本差异

通过仿真可以得出结论，低水平材料的应用比高水平材料的成本节约更加显着。

湾由同一类别中的最佳材料选择引起的PCB成本差异

即使在同一类别中，这些材料之间也存在价格差异。在电气性能兼容的特权下，应首先应用具有价格优势的材料，以便节省成本。对于PCBCart，您可以使用PCB计算器，根据您的设计要求可以拾取不同类型的材料。当然，不同的材料选择会导致不同的报价结果。

•信号完整性仿真避免PCB材料选择超过设计

在PCB设计过程中，如果高等级材料应用于低等级材料可以完全达到信号完整性的产品，则会产生PCB成本浪费，这被称为PCB材料选择过度设计。

通过型号完整性模拟，可以避免过度设计的问题，从而可以拾取合适类别的PCB材料，通过降低材料等级来提高成本。

•应用特殊设计改进插入损耗和信号传输质量增加使用低等级材料的可能性

a。 Backdrill和盲目通过设计

背钻和盲孔设计能够减少和消除由通孔电镀引起的信号传输影响，因为电镀通孔可以看作是一种可以提高信号传输质量的电路。

湾表面处理

基于对PCB表面光洁度的一些研究，可以证实对于高速PCB，无镍表面处理的应用有助于减少插入损耗，从而实现材料的可能性可以增加低级别的应用程序。 OSP和浸银均可采用高速PCB作为表面处理。此外，OSP PCB由于其低成本而具有更多优点。

c。采用高级和低级材料混合叠层降低材料等级

由于一些关键信号走线仅分布在高速PCB中的某些层上，所以低级甚至是普通材料材料可以应用在没有高速信号线的核心板上，这可以大大降低成本。