如何使用PCB材料的设计Dk（介电常数）

时间： 2016-02-02 来源：微波杂志ROG Blog

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介电常数Dk是印刷电路板材最重要的参数之一，电路设计者依靠它来确定微带电路的阻抗和物理尺寸。但在层压板的资料上经常能看到同种材料的不同Dk值，比如一个过程Dk和规格Dk，有的材料商会提供用于计算机辅助设计软件的Dk值。同一个参数为什么有这么多的值，有没有一个在设计电路可以信任的Dk值。

在PCB制造过程中，有许多不同的测量微波层压板Dk值的方法，而不同的方法测量对同种材料经常会给出不同的结果。有一些测量方法使用的是原始的PCB材料即没有加工形成电路，而有的方法则使用一个可预测表现熟知性能的电路，从而确定该材料的Dk值。材料生产商可能会用类似于生产Dk的说法来特指材料在生产过程中的目标值，通常，对给定的层压板来说，过程Dk和规格Dk是相同的。

一个更有意义的Dk版本是公布在罗杰斯选型手册上的设计Dk，而且它也是用于MWI阻抗计算器的Dk值，该软件可向罗杰斯中国区分销商世强索取。设计Dk值在用于电路设计的目的时可以提供最为准确也是最具重复性的结果，尤其在商用CAE电路和系统模拟程序中。

对于某些材料，过程或者规格Dk可能与设计Dk相同。举个例子来说，罗杰斯RT 6002微波层压板，它的过程Dk和设计Dk在Z轴方向都是2.94。唯一的区别在于，板材资料上的过程Dk只针对于10GHz频率，而设计Dk则适用8GHz到40GHz的频率范围。规程Dk和设计Dk是用两种不同的测试方法得出的结果。

同时，Dk值可能有些差别。罗杰斯RO3010层压板在10GHz z轴的过程Dk是10.2，但是为了达到更加精确模拟的目的，在使用商用CAE软件仿真的时候我们推荐的设计Dk是11.2。

既然我们已经测量得到了过程和规格Dk的值，那为什么还需要一个设计Dk值？目前，有很多测试方法来测试层压板的Dk值。举个例子，全球贸易组织IPC列举了13种不同的确定材料Dk值的测试方法。材料供应商可以使用这些测试方法中的任何几种来确定他们自己的Dk值。同样，层压板的使用者可能会在用它来进行设计之前用他们自己不一样的方法来确定层压板的Dk值。在之前作为例子提到的两种材料，每个例子都用到不同的测试方法来确定过程/规格Dk值和设计Dk值：夹具式的带状线方法用来确定过程/规格Dk值而差相长度方法用于测量设计Dk值。

比如罗杰斯内部，虽然全板共振（FSR）测试方法也可用于验证性测试，但是X波段夹具式带状线谐振器测试用于规格或者过程Dk的标准验证性测试。在罗杰斯内部分离介质谐振器测试（SPDR）方法也可以用来描述材料的特性。为了确定设计Dk值，所有材料都会用微带线差相长度方法来进行测试。

虽然没有任何一种测试方法是完美的，但是差相长度方法因为它的简便性而比较受欢迎。它根据在同一种层压板上加工形成两个长度差别很大的微带电路，用同一种连接器或测试夹具来确定对于一个给定测试频率不同电路之间的相位差。Dk值可以根据物理长度以及相位差通过简单的计算来确定。在实际过程中，这个过程将在尽可能多的频率上进行重复。这并不是一个快速的方法，但是它的确提供了一个z轴方向的精确结果，且非均质性材料（x轴和y轴上的Dk值）几乎对测试没什么影响。

这个测试方法经常用于实际应用的微带电路中。为了把铜箔效应考虑在内，这个方法还应用在高频测试上，一片带表面粗糙的铜箔层压板会比带表面光滑铜箔层压板所测得的显性Dk值更高。用低频率测试方法可能就不会显示铜箔表面粗糙度对于测得Dk值的影响。

世强所代理的罗杰斯所有的高频层压板的设计Dk都已经确定了，而且已经报告给所有CAE模拟软件工具开发者。另外，这些值已经包含在MWI微波阻抗计算器，产品选型指南和罗杰斯的计算尺中。

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用户51668538 Lv4. 资深工程师 2018-06-21

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