了解PCB材料参数（如相对介电常数和损耗角正切）可以让韦德亚洲讨论在设计高速/高频应用时选择正确材料的一些重要考虑因素。

PCB材料的重要参数

影响生产线衰减的一些最重要的材料参数是：

• 相对介电常数 （εr或介电材料的 Er 或 Dk）

• 电介质的损耗角正切（tan（δ） 或 Df）

• 受趋肤效应和表面粗糙度影响的导体电阻

• 最后是PCB的玻璃纤维编织组合物。

充分了解这些特性和传输线中的损耗机制可以帮助韦德亚洲为韦德亚洲的应用选择合适的 PCB 材料。材料选择是PCB设计过程的第一步.如今，高速数字板和射频产品的设计人员可以从数十种受控 Dk 和低损耗 PCB 材料中进行选择。许多层压板供应商已经开发了专有的树脂系统。

使用低 Dk 和 tan（δ） 材料以减少损失

对于低损耗传输线，介电损耗（以dB/英寸为单位）由以下公式给出：

其中 f 是频率，单位为 GHz。可以看出，介电损耗直接由材料的介电常数和损耗角正切决定。因此，韦德亚洲可以使用具有较低棕褐色（δ）和ε的材料r限制 ⍺d尽可能多。推荐用于超高 Gbps 收发器的三种材料选择是 Nelco 4000-13EPSI、Rogers 4350B 和 Panasonic Megtron 6。下图 1 比较了这些材料与其他一些常见材料的损耗角正切。

使用低 Dk 材料来减少电路板厚度

为为了更好地理解使用低 Dk 材料如何减少电路板厚度，请考虑图 2 所示的带状线。

带状线配置

IPC推荐的带状线特征阻抗最流行的近似值是：

• t 是金属厚度 （mil）

• w 是线宽 （mil）

• b 是平面间距 （mil）

对于固定的 Z

对于固定的 Z0和迹线宽度 w，如果韦德亚洲使用具有更大ε的材料r，那么韦德亚洲必须增加平面之间的间距。换句话说，更大的εr可以增加板材的整体厚度。在具有许多信号层的高密度电路板中，这可以显着增加电路板厚度。较厚的电路板意味着您的设计需要具有更大纵横比的通孔。过孔的纵横比是它的长度除以它的直径。

例如，如果您的板厚度为 0.2 英寸，通孔钻直径为 0.02 英寸，则纵横比为 10：1。拥有大纵横比的难点是什么？回想一下，为了提供电气连接，通孔的内部需要使用电镀液用铜覆盖。图 3 显示了纵横比为 15：1 的电镀孔的横截面。

高长宽比电镀孔的横截面，比例为 15：1

大多数 PCB 制造商都能够创建纵横比介于 6：1 和 8：1 之间的通孔.随着纵横比的提高，电镀变得越来越困难，因为通孔筒的内部可以有更薄的铜涂层。这甚至会使过孔的中心在热应力下更容易开裂。因此，对于较大的纵横比，您可能不得不使用更昂贵的 PCB 制造技术，并且最终电路板存在可靠性问题。选择低 Dk 材料可以在一定程度上缓解这些问题。

介电常数随频率变化

介电常数与频率的函数关系

Dk 变体的后果是什么？介电常数影响两个重要参数：特性阻抗和波速。信号通过传输线的传播速度由下式给出：

其中 

其中 c 是真空中的光速。

由于 Dk 的变化，信号的不同频率分量可能会经历略有不同的信号速度，从而导致信号色散。此外，随着 Dk 随频率降低，线路的特征阻抗增加（公式 2）。因此，这会降低较高频率下的信号反射。因此，最好使用在目标频率范围内具有更平坦的 Dk 与频率响应的材料。

图 4 显示 FR4 系列材料的 Dk 与频率响应的变化相对较大。这就是为什么建议在高速/高频应用中避免使用此类材料的原因（另一个原因是 FR4 系列 PCB 层压板的高介电损耗）。请注意，不幸的是，大多数制造商仅在几个特定频率下指定 Dk 值。

介电常数随树脂含量而变化

树脂的介电常数小于纤维的介电常数。这就是为什么增加树脂含量会降低 PCB 层压板的有效 Dk 的原因。图6显示了FR408HR层压板的介电常数如何随树脂含量而变化。

相对介电常数与PCB层压树脂含量的关系

因此，除了测量频率外，层压板供应商还应指定相应的树脂含量。表 1 给出了 Hi Tg FR4 层压板在两种不同频率（1 MHz 和 1 GHz）下不同结构和树脂含量的介电常数。

不同Hi Tg FR4层压板的电常数

该表清楚地表明，给定的层压板厚度可以具有不同的介电常数。例如，0.004 英寸厚层压板的介电常数可以从 4.11 到 4.54 不等。原因是 0.004 英寸厚层压板的可用变体使用不同样式的编织玻璃，并且具有不同的玻璃与树脂比例。

纤维编织效果

在上图中，迹线 1 位于纤维束上，而迹线 2 位于富含树脂的区域。这表明，根据位置的不同，同一电路板上的两条走线可能会经历不同的有效介电常数。因此，同一电路板上两条路径的信号速度可能不同，这可能导致高速电路板中的时序偏移。有几种不同的

在上图中，迹线 1 位于纤维束上，而迹线 2 位于富含树脂的区域。这表明，根据位置的不同，同一电路板上的两条走线可能会经历不同的有效介电常数。因此，同一电路板上两条路径的信号速度可能不同，这可能导致高速电路板中的时序偏移。有几种不同的玻璃编织样式，其中一些如图 5 所示。如您所见，材料的不均匀性取决于玻璃编织的类型和编织间隙的大小。稀疏编织的材料，如 106 和 1080 玻璃布，与更紧密的编织样式相比，会产生更大的时间偏差。加剧的EMI和损耗问题是稀疏编织材料的另外两个不良影响。

除了使用玻璃分布更均匀的玻璃编织样式外，韦德亚洲还可以使用一些走线布线技术来获得更一致的 Dk。例如，韦德亚洲可以以相对于纤维翘曲/填充的角度布线和/或使用锯齿形布线样式来在一定程度上减轻玻璃编织效应。请注意，锯齿形布线会占用宝贵的电路板空间，并因使用较长的走线而增加损耗，而只能部分解决问题。