如何正确选择PCB层压板或材料

本演讲将讨论如何正确选择PCB层压板或材料。在选择开始之前，有许多因素需要考虑。确保材料特性符合您的特定电路板要求和最终应用。今天，我们将重点关注适用于高速PCB设计的材料的介电特性，成本和可制造性。

其中一个主要问题我们在制造PCB时面临的是PCB设计师经常过度依赖材料数据表。不要误解我的意思，数据表为设计人员提供了材料电气特性的详尽描述，电气特性是高速应用的首要考虑因素。然而，考虑到各种现实制造问题，数据表不尽如人意，而现实世界的制造问题也很重要，因为它们会影响产量和成本。

PCB材料类别

因此，让我们直接进入。在选择高速PCB层压板时，关于一个，可制造性和两个成本必须关注的主要问题是什么？我们来看看这张图表吧。为方便起见，我们根据材料的信号损失特性将重要材料分类到桶中。

在左边，我们有像FR-4这样的材料。这些是您的标准日常材料，例如来自中国的材料，如南亚，以及来自美国的材料，如Isola。 FR-4是可用于任何应用的标准材料，但它们也是最损耗的层压板。它还可能存在大量其他电气和机械问题，如果您遇到FR-4问题，请给我发电子邮件。我很乐意提供帮助。

当我们浏览图表时，您可以看到应用程序PCB材料损耗较小，速度较快的应用程序。 Rogers 4350的表现与Megtron 6和Itera类似，因此当您需要这种性能水平时，这些是您应该考虑的材料。

信号丢失和工作频率

因此，出现了问题。哪种PCB材料特性可以解释PCB电气性能的差异，以及这些差异如何影响PCB材料成本？事实证明，在高速PCB设计的材料性能方面，有三个主要因素需要评估。工作频率下的信号损耗是多少？您是否应该关注编织效果，以及材料在构造中的堆叠有多容易？

首先，我们来看看信号丢失与工作频率之间的关系。从图中可以看出，信号损失与频率之间存在直接关联。与此同时，我们也可以看到某些材料的损耗比其他材料低。这是我们在上一张图表中用于创建物料分类桶的基础。该图表显示哪些材料在较高速度下可能更好地电气化。

接下来，让我们根据材料分类比较直接成本。从图表中可以看出，损耗较少的材料成本更高。您必须确定哪些材料最适合您的特定项目。如您所见，Rogers 4350B材料高于Megtron 6或Itera，即使电气性能相似。在微波炉类别中，Taconic RF-35的成本与此类别中的其他材料相比便宜约30％。

非PTFE材料

让我们深入研究非PTFE材料。我们稍后会回到PTFE材料。现在，所有这些材料的表现都有些相似，而且成本有些相似，但是成本差异是合理的，使用成本较高的材料有什么优势呢？

首先，我们必须了解材料结构，还必须了解玻璃对特性阻抗的影响。实现这一目标的一种方法是了解编织效果和不同类型的玻璃布。如您所见，不同的玻璃结构将影响DK分布。具有松散编织的板将具有更大的板厚变化和更大的DK分布变化。然而，紧密编织将具有更一致的板厚度和更均匀的DK分布。材料的有效DK与穿过电介质的信号保持一致。

从制造角度来看，真正重要的是编织更紧密的电路板更容易制造。当玻璃编织更加一致时，机械激光钻孔也变得更加一致。

除玻璃编织外，还有两种其他类型的玻璃可供选择，Si玻璃或E玻璃。 E玻璃是主要的玻璃类型。它的厚度在1.3密耳到6.8密耳之间变化。从图表中可以看出，5千兆赫的E玻璃DK为6.5，而DF为.006。现在，Si玻璃比E玻璃更纯净，因此，Si玻璃的5千兆赫兹的DK为4.5，DF为0.004。如果你问我，层压板与E玻璃相比的成本要高出约15％，非常值得。

间接成本

现在，我们来看看一些间接成本。重要的是要记住，我们不能单独查看材料的成本。事实上，大部分总成本并非来自直接材料成本，而是来自与PCB材料相关的PCB工艺成本。

影响制造成本的关键因素之一是层压。中等，低和极低损耗类别的材料通常以与FR-4相同的方式制造，尽管某些材料在尺寸上比其他材料更稳定，并且一些材料更容易激光。

另一方面在RF微波类别中，材料不像非PTFE类材料那样记录，因此变得非常难以制造，尤其是在多层叠层中。这种困难主要是因为PTFE材料存在拉伸问题。通常，我们在层压之前使用擦洗来制备材料，但是对于这类材料，擦洗是一个问题。我们已经确定如何在层压后获得可靠的附着力，但它仍然很难。

关键制造注意事项

所以，接下来，让我们讨论处理混合PCB叠层时的关键制造考虑因素。首先，确保混合堆叠中的所有材料都与您的层压周期兼容。在层压过程中，一些材料需要比其他材料更高的温度和压力。在提交设计之前，请检查材料数据表以确认正在使用兼容材料。

混合堆叠中的第二个考虑因素是钻孔参数，以确保正确的孔形成。钻头的进给量和速度根据堆叠中的材料而变化。如果你的叠层是纯粹的结构，意味着它是完全相同的材料，而不是混合结构，必须调整进给和速度。例如，某些设置产生大量热量，如果材料不能承受热量，则可能会有一些变形。您还应该考虑到不同材料的钻取方式不同。例如，罗杰斯将钻头磨得更快，从而影响成本。

钻孔后和沉积前，有孔壁准备。不同材料需要不同的等离子制造商之间的一个肮脏的小秘密是，并非所有人都根据材料改进我们的工艺。每个通用类别都有流程指南，但为了绝对可靠和按时交付，制造商应该根据每种材料改进流程。

混合材料的叠加指南

接下来，我们将回顾三个叠加并讨论混合材料的一些基本叠加指南。 Stackup头号是使用Rogers 3000材料的纯Rogers叠加。它是一种多层结构，在较高温度下需要较长的停留时间。该层压过程称为熔融粘合。只有极少数制造商，如Sierra Circuits，拥有设备和专业知识来执行此操作。

第二个堆叠是使用Rogers和Isola材料的混合堆叠。设计人员使用这种方法可以节省材料成本并有助于多层叠层的可制造性。罗杰斯不适合顺序层压工艺，还有其他材料供应商，如Taconic和Isola，他们生产的材料与罗杰斯相似，并没有这些限制。过去，很难控制这些B级材料的压出厚度。现在，凭借更好的设备，更好的过程控制，客户可以期待一致性并获得好处。

第三个也是最后一个是仅由Taconic材料组成的堆叠。这些材料虽然基于玻璃布，但具有与罗杰斯材料类似的性能，并且更容易制造。使用玻璃布，材料也变得尺寸稳定。

混合叠加指南

现在，让我们讨论一些混合叠加指南。在处理混合结构时，我们建议如下。使用高性能材料作为核心。 FR-4预浸料层压板。平衡FR-4部分，不要使用Tg较低的材料的高Tg电介质或粘合膜。

所以，你有它。我们回顾了如何基于性能和成本（包括可制造性）选择高速材料，并且我已经回顾了三个相对复杂的堆叠。

在您返回设计之前参加我们的PCB材料测验！