【经验】Rogers分享如何正确比较线路板材料性能

时间： 2022-06-17 来源：Rogers

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在实际工程应用中选择某一种线路板材料时，通常是基于材料数据表来选择其中参数更优的材料。但是，对于不同供应商提供的PCB材料，其数据表中的关键指标，例如介电常数(Dk)和损耗因子(Df)，从数值上看起来可能完全相同，这就使得如何选择变得困难。但这两种材料到底有多相似呢?数据表参数看起来相同，但是否这两种材料会完全不同呢?ROGERS探讨如何正确比较线路板材料性能。

介电常数(DK)及损耗因子(Df)，是比较不同的PCB材料时最先被关注的参考指标。这两种指标是通常都是与与频率相关的，Dk值通常随着频率的增加而减小，而Df值通常随着频率的增加而增大。当比较不同PCB材料(尤其来自不同供应商)的这些参数时，重要的是要记住它们频率相关性，同时要在相同频率下比较不同电路材料的参数。并非每种电路材料都会以相同的方法或在相同的条件下进行测试，即使是相同的线路板材料用不同的方法评估，测试方法的差异也会导致关键材料参数(如Dk和Df)有所差异。

大多数PCB材料是各向异性的，这意味着在不同方向测量时可能呈现不同的值。例如，对于介电常数Dk来说，大多数电路材料在x-y平面中与在材料的z轴(厚度)上相比具有不同的Dk值。由于在PCB材料中，电介质材料的为线路和接地平面提供了电路的基础和隔离，所以电路设计者通常参考的是Z轴上或者说材料厚度方向的PCB材料的Dk值。

线路板材料供应商可能提供材料在xy平面以及z轴上的DK值的测量结果，但在比较不同材料时，有一点是很重要的，就是将z轴与z轴的值进行同类比较，并保证对任何线路板材料采用相同的DK测量方法进行比较。要记住，Dk是一个频率相关参数，不同线路板材料的DK值的测量也应在同一频率上进行，因为测试频率的差异可能意味着测量Dk值的差异，即使两个不同测试中方法中的相同材料也是如此。

简单地说，当比较来自不同供应商的不同电路材料的Dk时，应该在相同方向(z轴)、相同测试频率下并使用相同测试方法测量Dk值。为了测量电路材料的DK值，罗杰斯公司采用IPC-TM-650 2.5.5.5卡紧式带状线的方法，通过测试材料z轴(厚度)方向上频率在10GHz下的Dk值。同样，比较不同材料的Df值时，也应该在类似条件下进行比较:沿Z轴方向、在10GHz频率处和室温状态(约+23%C)。

对于大多数商业PCB材料，Dk值与温度也密切相关。尽管大多数电路材料Dk值的测量都是在室温下(或参照+23%C+25%C)进行的，但当对相同材料进行DK值的测量时，即使室温下几度的偏差都会导致测量得到的参数值不同。

特别注意星号和脚注

数据表上的星号或脚注可能非常有意义，因为它们通常会提醒读者发生的例外或特殊情况。由于汽车安全系统和第五代(5G)无线通信网络的发展，毫米波频率相关领域的应用数量将持续强劲增长，更多电路设计人员正在考虑选择适用更高频率下(如60和77GHz)的电路材料。他们因此还可能学习到如何权衡在表面平滑的铜箔导体和不太平滑的电解铜箔(ED)导体。

在较高频率下，表面光滑的铜箔通常比ED铜箔的电路具有较低的损耗。与ED铜箔相比，线路板材料上使用光滑铜箔时，一个关键的权衡是其相对较低的铜箔抗剥离强度。因为铜箔的粗糙表面可以提高铜箔的抗剥离强度。然而，在比较这些高频率下不同的线路板材料铜箔剥离强度时，都应考虑这些星号的意义。对毫米波频率下不同线路板材料的比较，应当是针对相同类型的铜箔以及用相同类型的铜箔所获得的剥离强度。并非所有电路材料都使用相同类型的铜箔进行剥离强度测试，数据表上的此规格的星号有时会指出，所感兴趣的铜箔可能并不是测量该材料的铜箔剥离强度时使用的铜箔。

考虑热处理因素

然而，在比较不同材料时，需要注意的另一个电路材料参数是热导率。有很多不同的测试方法来确定电路材料的热导率，有些方法需要使用铜箔，有些则不需要。显然，铜是一种很好的热导体，而PCB材料的介电材料则不是。在任何热导率测试中包含铜都会影响结果，尽管影响的程度是取决于介质材料的厚度。在热导率测试中，较薄的介质材料中铜箔的影响，比较厚的电材料铜箔对热导率影响大的多。

有人可能会争辩说，有铜箔的测试更像是在实际应用中使用材料的方式，材料.上的铜导线有助于PCB材料的整体热导率。但是大多数电路模拟软件在计算电路材料热导率对材料的性能的影响时，是假设没有铜时的电路材料的热导率。

从这几个电路材料参数来看，显然比较来自不同供应商的不同PCB材料并不是那么简单的。当比较电路材料数据表时，一个好的出发点是确保比较的是相同的参数——相同的测试方法、相同的测试频率、相同的温度条件例如Dk和Df的测试。如果使用相同的测试方法对其进行测量，那么对这些参数的不同材料进行比较就是公正合理的，并可以期待最终选择的台适的电路材料的性能!

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