【经验】PCB表面镀层对高频电路性能的影响

时间： 2019-04-01 来源：世强

技术问答

在PCB电路设计中，基本没有利用纯铜作为信号导体，因为暴漏在环境中的纯铜导体会迅速氧化，导致电路性能恶化。因此PCB表面镀层在电路加工是非常必要的，不仅能够为元件焊接提供光滑可焊的表面，同时也为PCB的铜导体提供了保护，但同时会增加电路损耗。

常用的镀层金属有金、锡、镍、银等，除了银金属，其它镀层金属电导率都小于铜导体，在高频信号传导过程中电磁场主要集中在趋肤深度内，这会增加导体边缘部分电流密度，因此大部分PCB镀层都会增加电路插损。以镍金镀层为例，在低频信号传导中，信号会集中在铜-镍-金三层中；频率增加到高频时，信号会集中到镍和金两层中，电流将沿着导体的表面传输，仅仅占用导体的外表面。在高频段由于电流仅占用导体的很少一部分，从而导致导体损耗上升，频率越高，PCB镀层带来的插损越大。表面镀层对PCB插入损耗的影响也依赖于传输线技术，对于接地共面波导电路结构，PCB镀层处理对导体损耗会产生更严重的影响。

PCB表面镀层对插损的影响还与介质厚度相关，介质厚度越薄，表面镀层工艺对损耗的影响越大，8mil和20mil厚度RO4003C表面镀层对损耗的影响如下图：

图1 8mil和20mil厚度RO4003C表面镀层工艺对插损的影响

不同的PCB表面镀层对损耗的影响较大，以下是PCB加工常用表面工艺对损耗的影响对比图。

图2 不同表面处理工艺对RT/duroid 6002损耗的影响

从图中可以看出使用化学镍金的微带线电路的导体损耗比裸铜微带线电路的损耗明显更高，采用沉银的表面处理工艺的相同材料相同电路，微带线电路的导体损耗和裸铜微带线的导体损耗差别很小，有机覆膜OSP表面处理也有相似结果。

总之，对于微带线和接地共面波导电路，使用纯铜具有最低的导体损耗，然而裸铜不可能保持稳定，使用PCB表面处理工艺则可以提供长期必要的保护。PCB表面镀层电路导体损耗从低到高依次为裸铜结构、沉银、浸锡、浸金、化学镍金，需要根据应用频率和成本方面综合考虑。

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