【技术】PCB层压板的Dk究竟如何确定？

时间： 2016-07-04 来源：微波杂志

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Dk（介电常数）是最重要的电路材料参数之一，也是电路设计者的一个设计出发点。包括不同类型传输线的高频电路结构尺寸以及实现隔离或耦合的导线间距等都是由电路材料介电特性确定的，其中一个最主要的介电特性参数就是Dk。

电路设计者熟知各种不同类型的商用电路材料，不管是柔性的还是刚性的，也深知合理运用某一Dk值的电路材料，比如Dk为3的电路材料。许多设计者都相信对于电路材料其给定的Dk值是准确的，且板与板之间的值也稳定一致的，他们的设计也基于此。但材料供应商究竟是如何确定电路材料的Dk值呢？

电路层压板材料的Dk值可通过不同的测试方法确定，但通常都是使用VNA（矢量网络分析仪）来获得测试参考电路的幅度和相位特性计算出Dk。参考电路包括微带传输线、带状传输线和各种类型的谐振器。例如，在准确已知厚度的电路层压板上加工两个长度不同的微带传输线并使用VNA测试各自相位，通过两传输线之间的相位差可以得到电路材料的Dk。

上述方法听起来简单，但在这看似简单的测试中需要考虑大量的因素。首先，大部分电路层压板实际都是各向异性的，即在材料不同方向上具有不同Dk值。对于特定频率下z方向介电常数为3的电路材料，其x方向和y方向（长度和宽度方向）的介电常数可能不同。使用微带传输线的差分相位长度方法是确定电路材料z方向 Dk值的有效手段。但该测量过程需要准确无误，且测量的微带传输线相位值须要排除测试固件连接器的电气影响。上述方法也只是RF/微波行业确定层压板Dk 值诸多方法之一。其他一些测试方法也可以确定z方向Dk值，还有其他一些方法则可以帮助确定x方向和y方向的Dk值。也有些方法可用于测试材料的Df（耗散因子）。

牢记电路层压板的Dk值和频率有关是非常重要的，通常将10GHz作为特殊高频电路材料Dk值确定的测试频率。如果在10GHz条件下使用微带传输线差分相位长度等不同的方法确定电路材料的Dk值，或使用相同方法在不同频率下测试Dk，可能就会得到不同的Dk值。也就是说，同种电路材料在相同频率条件下，使用两种不同Dk测试方法所得到的Dk可能不同。

诸多电路材料Dk值测试方法都是基于在该材料上设计加工谐振器或者谐振腔并评估谐振器的性能。使用微扰谐振器也可以测试材料Dk值，但通常是得到材料x和 y方向的Dk值，同时也能获得材料的Df值。该测试方法的一个典型例子就是使用SPDR（分离介质谐振器）测试Dk和Df，正如安捷伦科技（现为是德科技 Keysight Technologies）应用手册5989-5384E “用于材料介质测量的安捷伦SPDR”中所提到的一样。SPDR方法是罗杰斯公司测试Dk所采用的方法之一（除差分相位长度方法外），它是一种通过VNA和测试软件确定单频点Dk的方法。SPDR可以确定材料长度和宽度方向的面内Dk值，但无法确定材料厚度方向的Dk值。

不同电路材料供应商采用的不同测试方法给工程师比较不同电路材料时带来了困惑，特别是在寻找满足设计要求的某一相同Dk值层压板而比较不同材料时。需要注意所表征的Dk值所对应的测试频率以及所对应的方向非常重要。当然，对于短程通信或车载电子安全系统（雷达）等毫米波电路设备的工程师而言，10GHz频率下测试的Dk值对于了解电路材料在30GHz以上的特性基本没有帮助，因此，确定电路材料毫米波频段Dk值仍有待完善。

幸运的是，电路层压板供应商已经意识到不同Dk和Df测试方法之间的差异，并通过加强彼此合作来消除工程师在比较材料数据手册时的困惑，特别是针对Dk方面的困惑。国际电子工业联接协会的IPC D-24C工作组正致力于进一步了解不同测试方法对高频电路层压板Dk值确定的影响，也重点关注10GHz以上电路层压板Dk和Df的宽带VNA测试。

该工作组涵盖了领先的材料测试公司和主要的RF/微波电路层压板供应商，他们正在研究用于相同产品批次中相同电路材料的精确测试方法。研究中不仅使用不同测试方法，也测试相同板上的不同位置，以进一步确定影响电路材料Dk和Df值测试精确性和可重复性的所有变量。工作组的目标之一是创建10GHz以上Dk和 Df的可靠测试方法以及基于确定材料准确厚度的可重复测试方法，因为对于电路设计者来说，厚度也是一个重要的材料参数。如果一切顺利，行业团队的合作以及工作组成员的努力将使得电路层压板数据手册的变得简单且易于对比。

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蓝黑使者007 Lv7. 资深专家 2018-11-14

学习了
Captain Lv7. 资深专家 2018-09-19

好
terrydl Lv9. 科学家 2018-07-23

看看
游来游去 Lv8. 研究员 2018-05-15

谢谢
用户18396822 Lv8 2018-01-30

不错

用户50283199 Lv7. 资深专家 2017-12-21

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朱良涛 Lv6. 高级专家 2017-11-27

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