你必須要知道的高頻高速PCB測試知識

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引子：

作為“電子產(chǎn)品之母”的PCB板，是整個電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。而作為PCB的生產(chǎn)材料，更是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，可以說是現(xiàn)代電子工業(yè)這座大廈的砂石。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，5G通信以及汽車電子等下游應(yīng)用的快速發(fā)展，PCB行業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)咨詢公司ResearchAndMarkets 2020年12月份預(yù)測，從2019年到2024年，全球高速PCB市場有望以8%的年復(fù)合增長率快速增長。

中商情報網(wǎng)消息，2022年我國PCB行業(yè)市場容量預(yù)計達(dá)到381.5億美元，年復(fù)合增長率大約為5%，但是主要以中低端的PCB為主，這說明高頻高速PCB板及其材料市場在中國具有進(jìn)一步的發(fā)展空間。

什么是高頻高速PCB板？

一般來說，高頻高速PCB板是指頻率在1GHz以上印刷電路板，這個定義在業(yè)界可能不盡相同。其各項物理性能、精度、技術(shù)參數(shù)要求非常高，常用于通信系統(tǒng)、汽車ADAS系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

此外，一個設(shè)備除了射頻系統(tǒng)，還有數(shù)字處理與接口部分。受消費者對更快的互聯(lián)網(wǎng)連接、移動高清視頻和物聯(lián)網(wǎng)等多種需求的驅(qū)動，PCB板也必須支持高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆�IoT，5G以及大數(shù)據(jù)中心等商業(yè)應(yīng)用以及越來越多的個人應(yīng)用不斷刷新對數(shù)字通信系統(tǒng)速率的要求。據(jù)統(tǒng)計，高速數(shù)字系統(tǒng)的帶寬在數(shù)據(jù)速率的驅(qū)動下幾乎每三年增加一倍，如下表。

PCIe帶寬與頻率

高頻高速的PCB有哪些重要的參數(shù)？

高頻高速PCB板與普通的PCB板的生產(chǎn)工藝基本相同，實現(xiàn)高頻高速的關(guān)鍵點在于原材料的屬性，即原材料的特性參數(shù)。高頻高速PCB板的主要材料是高頻高速覆銅板，其核心要求是要有低的介電常數(shù)(Dk)和低的介電損耗因子(Df)。除了保證較低的Dk和Df，Dk參數(shù)的一致性也是衡量PCB板質(zhì)量好壞的重要因素之一。另外，還有一個重要的參數(shù)就是PCB板的阻抗特性以及其它的一些物理特性。

高頻高速電路板基材介電常數(shù)（Dk）一定得小而穩(wěn)定，一般來說是越小越好，信號的傳送速率與材料介電常數(shù)的平方根成反比，高介電常數(shù)容易造成信號傳輸延誤。

高頻高速電路板基板材料介質(zhì)損耗（Df）必須小，這主要影響到信號傳送的品質(zhì)，介質(zhì)損耗越小使信號損耗也越小。

高頻高速電路板的阻抗——其實是指電阻和對電抗的參數(shù)，阻抗控制是我們做高速設(shè)計最基本的原則，因為PCB線路要考慮接插安裝電子元件，接插后考慮導(dǎo)電性能和信號傳輸性能等問題，所以必然要求阻抗越低越好，一般各大板廠在PCB加工時都會保證一定程度內(nèi)的阻抗誤差。

高頻高速電路板基材吸水性要低，吸水性高就會在受潮時造成介電常數(shù)與介質(zhì)損耗。

高頻高速PCB及材料的參數(shù)怎么測？

剛才我們提到，高頻高速PCB的生產(chǎn)工藝與普通的PCB的生產(chǎn)工藝基本相同，它的特性參數(shù)主要取決于PCB材料的特性參數(shù)。因此要生產(chǎn)出符合要求的PCB板，除了采用相應(yīng)的工藝外，更重要的是一定要使用合適的PCB的合成材料。因此作為PCB的制造商，研發(fā)設(shè)計人員首先要對PCB的材料進(jìn)行測試，確認(rèn)特性參數(shù)；在制作樣板之前，通過設(shè)計仿真軟件對PCB板進(jìn)行建模，對特性參數(shù)進(jìn)行擬合，從而生成PCB的樣板，然后對樣板進(jìn)行驗證測試，并不斷的迭代，達(dá)到要求后，才進(jìn)行量產(chǎn)。在量產(chǎn)的過程中，根據(jù)需要采用抽檢或全檢的方式對PCB板進(jìn)行測試。

PCB制作過程中的測試環(huán)節(jié)

作為PCB材料的提供商，需要了解自己的材料的特性，制作所提供材料的特性參數(shù)規(guī)范給客戶，以確認(rèn)是否能滿足客戶PCB特性的要求。因此自身需要對原材料進(jìn)行測試，這些材料包括各種波纖布材料和各種樹脂材料或合成后的覆銅板等。

PCB材料的Dk/Df測試

為了滿足不同應(yīng)用的信號完整性的要求，除了需要對材料本身的介電常數(shù)Ｄk和介電損耗Ｄf進(jìn)行分析，以實現(xiàn)有效PCB板設(shè)計外，還需要對PCB進(jìn)行S參數(shù)和TDR阻抗等測試，這里涉及到很多的技術(shù)細(xì)節(jié)，如儀器校準(zhǔn)，夾具提取去嵌（AFR）和傳輸線仿真測試等。請關(guān)注文章后面的推薦閱讀和觀看內(nèi)容。

是德科技(Keysight)作為PCB及材料測試的領(lǐng)先廠商，與我們的合作伙伴一起，已經(jīng)為中國的PCB原材料供應(yīng)商、層壓材料供應(yīng)商、制造商和系統(tǒng)制造商提供了基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，材料測試軟件及相應(yīng)的測試夾具組成的各種方案，包括傳輸線仿真、阻抗測量、Delta-L 損耗測試以及 Dk/Df 參數(shù)提取（Dk = 介電常數(shù)和 Df = 損耗因子），如下圖所示，應(yīng)一些客戶的要求，一些新的測試方案和工具也正在開發(fā)之中。

以上這些測試方案，極大促進(jìn)了我國PCB產(chǎn)業(yè)的上下游廠商在PCB及其材料的研發(fā)和生產(chǎn)，增加了他們的市場份額，提高他們的技術(shù)水平，從而加速了產(chǎn)品的進(jìn)口替代。(更多精彩關(guān)注儀商網(wǎng)www.861718.com)