【技术】浅析玻璃纤维对层压板性能的影响

时间： 2019-08-29 来源：微波射频网

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在印刷电路板（PCB）材料中添加玻璃纤维可以增加层压板的结构强度。这样有助于增加层压板材料的机械稳定性，但这是否会对材料的电气性能有影响呢？关于玻璃纤维增强PCB板的经典问题之一是“玻璃编织效应”可能会对加工在这些层压板上的高速或高频电路的电气性能产生负面影响。本文研究了影响玻璃编织效应现象的一些因素。

玻璃纤维层压板的特定树脂体系，决定了这种材料的介电常数（Dk）随着位置的变化，特别是在非常小的区域和以周期性的方式变化。这些小区域的Dk的变化是由玻璃纤维特有的物理织造结构造成，也就是玻璃纤维编织的交叉处以及形成的小的开口空隙区域（参见图）。通常，玻璃纤维交叉处的Dk约为6，而开口空隙区域中的Dk通常为3左右。由于高速/高频传输线的阻抗高度依赖于Dk，因此Dk值的变化一直是电路设计工程师使用含玻璃纤维层压板的困扰问题。

下面举一个例子来说明玻璃纤维如何对微带传输电路产生影响：通常在较高的频率，如毫米波频率（30GHz及以上），Dk的变化对电路性能的影响更大。考虑在10GHz时其Z轴（厚度）方向的介电常数DK为3.0的双面覆铜层压板（微带线的信号层和接地平面），应用在77GHz时信号的四分之一波长约为0.024英寸，八分之一波长约为0.012英寸。理论上，当电磁波（EM）在其传播介质上遇到任何类型的Dk变化，在大于信号频率的四分之一波长的情况下，电磁波传播将发生不连续并且可能发生谐振。

实际经验表明，即使小至八分之一波长的异常也可能导致电磁波的传播问题。玻璃纤维开口或玻璃纤维交叉处等于或大于所传输信号八分之一波长的线路层压板可能因玻璃纤维的分布影响（带来相应的Dk变化）导致其性能变化。鉴于可以用来加强不同线路层压板的玻璃纤维种类繁多，在77GHz时具有八分之一波长（0.012英寸）或更大的空隙开口并不罕见。

当层压板中含有多层玻璃纤维时，不同层之间的玻璃纤维的空隙区域完全重叠的可能性较小。其结果是，Dk的非连续变化的可能性较小。因此，使用两层或多层玻璃纤维的电路材料，可以降低毫米波频率下的玻璃编织效应。

对玻璃编织效应的更多担心是使用具有单层玻璃纤维层压板的高速和高频电路。以微带电路为例，在单层玻璃纤维的层压板上加工的电路，如果当使用这种材料在大批量生产时企图获得性能的一致，就会担心玻璃编织效应带来的不确定性。玻璃编织效应引起的变化可能导致电路间性能的变化。玻璃纤维编织随着电路线路的随机位置可能导致微带阻抗变化，进而导致传播的高频信号的相位角发生偏移，使任何对相位敏感的信号发生恶化，例如相位的调制。

使用多层玻璃纤维的层压板有助于减轻高速或高频电路的玻璃编织效应，但单层玻璃纤维的层压板电路上的相互耦合或差分线可能会由于玻璃编织效应的产生其它问题。前面提到的微带线相位特性的恶化也会影响耦合或差分线电路。因为这些电路在各条微带线之间的相互关系，因此电磁波在每根导线上需要相同的传播介质。如果耦合对中的每根导线经过不同的介质，那么它们将不会像预期的那样相互耦合而形成良好的耦合线。在差分对中，如果电磁波传播介质的Dk值发生变化，则它们的相位角也将随之变化。结果是其中一个信号相对于另一个信号传播会减慢，最终导致信号偏移。特别是在高速数字电路中，由玻璃编织效应引起的偏移可能导致信号时序发生变化而显著降低电路的性能。

含有填料的树脂体系的层压板可以缓和由于玻璃织造效应导致的Dk值变化。填充到玻璃纤维开口空隙的填料通常具有与树脂或玻璃纤维不同的Dk值。使用填料的结果是玻璃纤维交叉之间的微小独立空隙中都会充满Dk值变化不大的材料，这样玻璃纤维、树脂、填料的组合能有效平均层压板的Dk值。

另一种方法是使用伸展或平铺的玻璃纤维最小化层压板中的玻璃纤维相对于填料和树脂的含量。这种组合的优点是保持了玻璃增强的机械优点，同时最大限度地减少了沿信号传播路径的Dk值的变化。

当然，在线路层压板中完全克服玻璃织造效应的一种方法是使用完全没有玻璃纤维的层压板材料，如罗杰斯公司推出的不含玻璃纤维的RO3003PTFE 陶瓷层压板。它已经成为大批量高容量毫米波电路应用的首选解决方案。RO3003层压板是介电常数为3.00的陶瓷填充PTFE复合材料，不同电路材料批次之间的电路板介电常数保持在±0.04以内。这种Dk一致性对于小波长的毫米波电路，以及对于耦合线和高速数字电路中的差分线对而言至关重要。而由于存在上述的玻璃编织效应，使用含玻璃纤维的电路材料却难以实现Dk的一致性。

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

选型表 - ROGERS 立即选型

Rogers（罗杰斯） RO3000系列线路板材料RO3003/RO3006/RO3010/RO3035高频层压板数据手册

型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3010 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3035™,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3003™,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,RO3003陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3006 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,RO3000® SERIES,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3006™,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3010™,RO3010陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,RO3006陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI

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RO4830™高频层压板数据资料表

型号- RO4830™,RO4830,RO4830 LOPRO

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型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3200,3210 18X24 1E/1E 0500+-002/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3206 18X12 1E/1E 0250+-001/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3203 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3203PTFE 陶瓷玻璃布,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3010 24X18 HH/HH 0250+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3206PTFE 陶瓷玻璃布,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3210 18X12 1E/1E 0250+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3210 18X12 1E/1E 0500+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3203 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,RO3210PTFE 陶瓷玻璃布,3206 24X18 HH/HH 0250+-001/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3203 18X48 5E/5E 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI

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