【经验】高频PCB设计时需要考虑的铜箔的特性实验分析
铜箔对高频印刷电路板（PCB）性能的贡献看起来很简单，然而随着信号频率增加到微波和毫米波区域，铜箔对PCB的影响也会增加，因此需要仔细考虑这些更高频率下的铜类型。PCB中主要使用两种类型的铜：电沉积（ED）铜和轧制锻造铜，而不同处理方法处理的相同类型的ED铜可以产生不同的电路性能。
对于高频电路而言，铜箔特性非常重要。用于高频电路组件的许多PCB实际上是由不同类型的PCB材料组成的混合物，图1展示了混合多层电路结构的简单横截面图，其中铜层1（顶部）和层2是用于高频性能的关键层，其中层1是信号导体，层2是接地层。在该介质上传播的高频波的大部分电场位于层1的底部和层2的顶部之间，因为信号导体边缘的电场集中度较高。
图1 混合多层高频PCB
通常出于一些原因需要对铜箔进行处理：（1）处理可以增强铜箔与基底材料之间的结合；（2）处理可以提高铜-基底界面的热稳定性，使粘结能够承受更高的温度或更宽的温度范围；（3）处理可以防止铜箔表面附着到衬底材料之前氧化。PCB中使用的大多数金属和合金的导电性比铜差，在高频率下，由铜处理导致的导电率降低可能会增加插入损耗。
图2简单说明了PCB上微带传输线的电场和电流密度，可以看出铜-基底界面处的电流密度高。由于信号波长随着频率的增加而减小，因此在较高频率下的电流密度将集中在更靠近PCB表面和该界面的区域，这种现象称为趋肤深度。因此，在更高的频率下，任何影响铜导电率的铜处理也将影响插入损耗性能。
图2 微带传输线电路的电场（红线）和电流密度（蓝色阴影）的简单说明
对插入损耗有影响的另一因素是铜表面的粗糙度[1]，一般来说，在铜-基底界面处，粗糙的铜表面会引起插入损耗的增加，尤其是在高频率下。趋肤深度导致铜粗糙度对插入损耗的影响与频率相关，在较低频率下，铜表面粗糙度对插损的影响较小，而在更高的频率下，随着趋肤深度收缩以及使用导体数的减少，当趋肤深度大约等于或小于铜表面粗糙度的值时，铜表面粗糙度将增加导体损耗并直接影响插损，图3的信息表验证了这一说法。
图3 微带电路的横截面图为铜表面粗糙度的放大图像；
数据表为不同频率下的典型RMS铜表面粗糙度值和趋肤深度
铜表面粗糙度对插入损耗的影响还取决于基底材料的厚度，对于较薄的电路，铜表面粗糙度对插入损耗的影响将比较厚的影响更大。图4描述了微波频率下基底厚度和铜表面粗糙度对微带电路插入损耗的影响。实验使用相同的电路基板材料RO3003™，比较了不同厚度和铜线类型的50Ω微带传输线路电路的插入损耗，其中轧制铜是光滑的，表面粗糙度约为0.3μm RMS，而ED铜具有较大的表面粗糙度，约为1.8μm RMS。RO3003™高频电路材料是用于商业微波和射频应用的陶瓷填充PTFE复合材料，它具有出色的电气和机械稳定性，并且有着低廉的价格，此外，RO3003层压板在10 GhZ时仅具有0.0013的低Df。通过图4的四条曲线可以看出，基底材料的厚度越大，插损越小；铜表面粗糙度越大，插损越大。
图4 具有不同厚度和类型铜箔的相同PCB材料，其插入损耗与频率的关系
在毫米波频率（大约30GHz至300GHz）下，通常需要较薄的电路材料以避免不必要的波传播并最小化辐射能量。但是，较薄的电路材料也会在毫米波频率下增加铜表面粗糙度对插入损耗的影响，如图5所示。
图5 相同厚度不同铜类型下PCB材料插入损耗与频率的关系
铜表面粗糙度除了影响插入损耗性能以外，还会影响高频电路的性能，例如影响驻留在电路上的电磁（EM）波传播特性。铜表面粗糙度可以改变EM波的相位常数[2]，改变电路的相位响应。铜表面粗糙度也会影响高频EM波穿过PCB的方式，通过改变PCB材料的介电常数（Dk）来影响高频传输线。如图6所示，对于相同基底材料不同铜表面粗糙度的两个电路层压板而言，铜表面粗糙度将导致微带传输线的阻抗差异，从而导致相同微带电路的Dk值不同。可以看出，铜表面粗糙度越大，电路材料的Dk越高。值得注意的是，这种5mil厚的电路材料的固有Dk值是3.0，当使用轧制铜时，即使在毫米波频率下，它对Dk的影响也很小。
图6 相同PCB材料不同铜表面粗糙度的微带传输线电路的Dk与频率的关系
铜粗糙度对电路感知Dk的影响也取决于电路材料的厚度。较薄电路的Dk相对较厚电路而言，更容易受到铜表面粗糙度的影响。图7展示了基于具有相同材料和铜类型但具有不同厚度（5,10和20mil）基板的微带电路的Dk与频率关系曲线。可以明显看出Dk随着衬底厚度的增加而减小，且更接近材料的固有Dk值（固有Dk值为3.0）。
图7 相同电路材料铜类型、不同基底厚度的微带传输电路的Dk与频率的关系
技术顾问：程增木
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 1
本文由馨小喵翻译自ROGERS，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。
相关推荐
罗杰斯高频层压板RO3003G2，77G汽车雷达PCB材料的选择
毫米波雷达技术正逐渐扩展到民用领域，如汽车驾驶辅助系统的雷达传感器。其中77G毫米波雷达是汽车前向的主流方向，主要应用于前向防碰撞、自动巡航。77G毫米波雷达频率已经达到E波段，对PCB材料损耗因子和介电常数稳定性等特性都有极为严苛的要求。罗杰斯公司在RO3000系列PTFE材料基础上开发了RO3003G2高频层压板，适用于77G汽车毫米波雷达传感器设计。
【经验】如何提高微波PCB层压板散热能力？
微波PCB层压板通常应用在通信领域，其中PCB散热管理是产品设计关键要素之一。排除外加散热装置，PCB层压板本身散热能力取决于以下原因：电路损耗、PCB材料导热系数和PCB材料介电常数，提高PCB散热能力需要采用低损耗因子、低介电常数和高导热系数的PCB材料。
【经验】层压板玻纤效应的电磁波问题与补救措施
本文探讨了玻纤效应对于层压板应用的电磁波问题与补救措施，增加层压板的玻纤织物层数或填充树脂都可以大大减轻玻纤效应对于层压板在高频应用中的影响。
ROGERS层压板/高频板选型表
罗杰斯/ROGERS提供以下技术参数的层压板/高频板选型，超低损耗，低至0.0004(Df) ；超大尺寸：54inchX24inch、52inchX40inch、50.1inchX110inch 等；丰富介电常数：2 -12.85 (Dk)；超薄介质，低至1mil
|
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
描述- RO3000®系列高频电路材料是一种陶瓷填充PTFE复合材料，适用于商业微波和射频应用。该系列产品旨在提供卓越的电学和机械稳定性，同时保持具有竞争力的价格。这些基板在X和Y轴上的热膨胀系数（CTE）为17 ppm/°C，与铜匹配，提供了优异的尺寸稳定性。Z轴CTE为24 ppm/°C，即使在恶劣的热环境中也能提供出色的通孔可靠性。
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
罗杰斯层压板使能更高频段的无线电回传顺利运营
无线基础设施市场包括很多细分领域，天线、无线电回传以及功率放大器等等是几个比较典型的场景，今天我们来了解下罗杰斯层压板在无线电回传领域的产品解决方案。
【选型】高频PTFE层压板RT/duroid 6202与TSM-DS3特性比较分析
RT/duroid 6202高频材料是一种添加了有限编织玻璃布的聚四氟乙烯（PTFE）层压板，具有低损耗、低介电常数的特性，可广泛用于航天航空和国防等高可靠性应用领域。
罗杰斯RTduroid®6035HTC高频层压板具备高热导率、低损耗因子等优势，是高功率设备的理想之选
RT/duroid®6035HTC高频电路材料是应用于高功率射频和微波设备的陶瓷填充PTFE复合材料。
【技术】PCB层压板的Dk究竟如何确定？
众所周知Dk（介电常数）是最重要的电路材料参数之一，而电路层压板材料的Dk值可通过不同的测试方法确定，一般情况下都是是采用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。
【产品】Rogers RO3003G2™层压板提供9μm极低粗糙度的电解铜箔，优化毫米波雷达的成本和可靠性
Rogers公司扩展了RO3003G2™ 层压板的铜箔选项，提供更薄的9μm极低粗糙度的电解铜箔。
RO4700T系列天线级层压板，低损耗的介质上覆低粗糙度的铜箔，可替代传统的基于PTFE的层压板
RO4700T系列天线级层压板是一种可靠的材料，它可以用来替代传统的基于 PTFE 的层压板。
Rogers（罗杰斯）RO3003G2™高频层压板数据手册
描述- RO3003G2™ high-frequency ceramic-filled PTFE laminates are an extension of Rogers’ industry leading RO3003™ solutions.
型号- RO3003G2™,RO3003™,RO3003G2,RO3000®
Kappa® 438 层压板 数据资料表
描述- 本文档介绍了tanrIPC-TM-650 2.4.4(m K)标准厚度的电路板材料，包括其标准尺寸、铜箔厚度和可供选择的规格。文档提供了不同厚度的选项，并说明了可定制的尺寸范围。
型号- KAPPA® 438,KAPPA 438
罗杰斯层压板涵盖多种介电常数和厚度，帮助提高手持设备和WiFi天线性能
罗杰斯提供的独特的电路层压板材料，能够帮助手持设备的蜂窝和WiFi天线设计克服诸多挑战，助力设计师构建更低损耗、精确且可靠的射频PCB天线。产品系列涵盖多种介电常数和厚度，可以达到任何设计频率下对带宽、增益和空间的要求。同时还具有介电常数随温度变化稳定、厚度控制精确等显著特点。
CLTE™ & CLTE-XT™ 电路材料高频层压板数据资料表
描述- CLTE™ & CLTE-XT™ 电路材料是一种高性能的高频层压板，具备卓越的尺寸稳定性和低的热膨胀系数。该材料适用于多种铜箔类型，并支持埋阻方案，广泛应用于陆基和机载通信以及雷达系统。
型号- CLTE-XT™,CLTE,CLTE™,CLTE-XT
电子商城
品牌：ROGERS
品类：Circuit Materials
价格：￥2,479.9453
现货： 1,289
品牌：ROGERS
品类：High Frequency Circuit Materials
价格：￥550.8681
现货： 1,135
品牌：ROGERS
品类：Antenna Grade Laminates
价格：￥2,989.4355
现货： 429
品牌：ROGERS
品类：Antenna Grade Laminates
价格：￥2,571.9097
现货： 250
品牌：ROGERS
品类：High Frequency Circuit Materials
价格：￥2,669.6313
现货： 250
品牌：ROGERS
品类：High Frequency Circuit Materials
价格：￥554.2134
现货： 244
品牌：ROGERS
品类：PTFE/Woven Fiberglass Laminates
价格：￥16,030.1502
现货： 201
品牌：ROGERS
品类：Antenna Grade Laminates
价格：￥4,406.0729
现货： 175
品牌：ROGERS
品类：High Frequency Circuit Materials
价格：￥3,332.3918
现货： 150
服务
可定制PCB最高层数：32层；板材类型：罗杰斯高频板/泰康尼高频板/ZYF中英天线板/F4B高频板/高频电路板/高频混压板/高频纯压板等；最大加工尺寸：609*889mm。
最小起订量： 1 提交需求>
可加工PCB层数：4~32层，加工板材：多层板/HDI板/FR4板/高频板/高速板/高温板/铜基板/铝基板/陶瓷基板/软硬结合板，成品尺寸：3~1100mm，板厚：0.15-80mm，最小孔径：0.1mm，铜厚：最高14oz。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论