如何在PCB上实现电容和电感？

时间： 2016-03-17 来源：Rogers

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电路设计工程师长期依赖PCB的基本物理特性以在PCB上通过简单的形式和结构实现电容和电感。例如，在PCB上，由于金属信号层平面和接地层平面是平行的，其间填充介质材料，这会导致PCB上形成寄生电容。当然，金属层的导体厚度和金属种类等特性，以及介质材料的机械和电气特性如相对电容率（或介电常数），都会对电路最终性能和稳定性产生影响。PCB材料的诸多特性，特别是介电常数的一致性，对射频和微波频段实现稳定可靠的PCB电容和电感将大有帮助。

无论是商业蜂窝电话还是便携军用通信设备，电路设计者都想尽可能缩小电路尺寸。集成电路设计者也千方百计地缩减芯片尺寸，如将越来越多的有源器件包括放大器、微处理器和谐振器等封装在同一芯片上。即使小型芯片，在PCB上的也需要电容、电感等无源器件来实现阻抗匹配以保证信号的有效传输。电路设计者通常需要稳定可靠的电感和电容，了解PCB材料上如何实现电感和电容对电路设计将大有帮助。

PCB材料的Dk值和Dk容差等特性会极大影响PCB嵌入式电容和电感的性能及稳定性。由于电容和电感是通过微带线或带状线等不同形式实现的，其在PCB 上会占用一定比例的空间。因此为电感、电容等无源器件及相关电路选用的电路材料应具有良好的Dk特性，这有利于不同电路结构获得稳定的容抗和感抗。

当设计微带线时，某些特定电路结构的接地面上方传输线面积决定了该电路的电容值。90度直角传输线也会增加电路的电容值。弯折线等简单结构被应用于增加电路的电感值。螺旋线电路长期被用于增加电路的电感值，通过改变螺旋线宽度和螺旋线间距可以改变电感值。螺旋线电感由自谐振频率来表征，其值会随着螺旋线宽度增加和螺旋线间距变小而增大。

嵌入式电容的电容值取决于诸多因素，包括信号平面和地平面的间距（即介质层的厚度）电容结构的尺寸。信号平面信号线间的耦合也会增加微带线电路的电容。电路设计者通常把嵌入的电感和电容作为电路RLGC模型的参数并把它们添加在电路仿真模型中来仿真传输线电路的性能。

通常认为，在仿真模型输入仿真软件的PCB的各种RLGC结构尺寸都和PCB的真实加工尺寸是相同的。因此在仿真中，不同的结构参数会导致仿真结果中输出不同的电容值和电感值。

当然，在仿真传输线90度直角弯曲的电容值时，电路仿真模型也考虑了PCB材料对电容值的贡献。仿真模型中的电路材料参数包括Dk，Dk容差以及Dk随温度和频率偏离。通过多个模型的仿真，可以关注不同参数改变对电路的影响。例如，在仿真中，可忽略PCB的导体损耗和介质损耗，基于电路结构尺寸容差，仅关注Dk一致性偏差对电路电感值、电容值的影响。

有很多参考指导可以计算不同尺寸的PCB上微带线电容和电感值，例如美国无线电中继联盟网站ARRL手册。对于微带线电感，手册中提供了通过微带线宽度、接地面距离、PCB材料Dk等参数的计算方法。

PCB材料的选用会对刻蚀的PCB电容和电感的性能产生重要影响。材料的参数会影响电容值和稳定性以及电感的品质因数、SRF、自感因子等。PCB材料的 Dk值将决定某工作频率下不同电路结构的尺寸，但Dk值的容差将极大影响刻蚀在PCB铜层上的电容和电感的一致性和性能。

例如，罗杰斯公司的RO4835™电路材料是玻纤增强的碳氢化合物和陶瓷介电材料。良好的z向稳定性（沿着厚度方向）使其成为多层电路应用中的选择。在 10GHz时，整个电路板上的z向Dk值为3.48，Dk容差为±0.05。对于电感和电容等无源器件的加工，这意味着电感和电容因PCB材料Dk变化导致的电感值和电容值的变化将非常小，而在随频率和温度变化时，电感值和电容值仍能够维持稳定。

为追求良好的Dk容差，罗杰斯公司提供Dk容差极小的电路材料，例如陶瓷填充的PTFE电路材料RO3003™。在10GHz时，它在整个电路板上的z向 Dk值为3，容差为±0.04。RT/duroid® 5880是玻璃微纤维增强的PTFE复合材料。在整个电路板上，其Dk值为2.2，容差为±0.02。该低损材料适用于很宽频带范围，涵盖毫米波频段。

设计者通常为某一特殊值的Dk值选用某PCB材料，但Dk容差未知或未经严格控制，这将导致电容、电感等刻蚀电路元件不能达到商用电路仿真软件中仿真得到性能和一致性。严格控制Dk容差的PCB材料可以为电容、电感等无源器件期望值的实现提供保证，也可以为频率和时间变化时电路性能的稳定性提供保证。世强代理ROGERS 板材多年，现已拥有丰富的成功的技术支持经验。

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全部评论（11）

Doer Lv4 资深工程师 2017-12-27

RO4835这种PCB耐电压强度是什么指标?真的想用它做电容，是高压的，至少要承受工频2500V。
- RaymongLing_世强回复： Rogers RO4835板材,具有30kV/mm的电气强度。最薄的厚度为0.102mm，可以承受的最小值为3KV，可以满足要求的。
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Jackie0078 Lv8. 研究员 2018-12-10

学习
小伟 Lv7. 资深专家 2018-08-05

支持
用户26060141大老鼠 Lv6. 高级专家 2018-06-23

长知识了
g1225jianmin Lv8 2018-03-07

天线匹配需要电容电感，普通的分立器件存在自身的缺陷，使用天线级材料的板材制作的天线才是完美的设计。

幸运星 Lv7. 资深专家 2018-01-29

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天行健 Lv6. 高级专家 2018-01-03

学习了
xianggh Lv2. 工程师 2017-12-29

学习了
遇见 Lv5. 技术专家 2017-12-01

很实用
Jackie0078 Lv8. 研究员 2017-09-26

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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） RO4003C/RO4350B高频电路材料数据手册

型号- 4003C 24X18 1E/1E 0080+-001/DI,4003C 48X36 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 12X18 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 12X18 1E/1E 0080+-001/DI,4003C 24X18 5TC/5TC 0087+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0080+-001/DI,4003C 48X36 5E/5E 0320+-002/DI,4003C 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,4003C 24X18 5E/5E 0320+-002/DI-RSZ,4003C 48X36 1E/1E 0080+-001/DI,RO4003C 碳氢化合物陶瓷,RO4003C™,4003C 24X18 5E/5E 0160+-0015/DI,4003C 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 24X18 5TC/5TC 0127+-001/DI,RO4000,4003C 24X18 1E/1E 0600+-004/DI,RO4350B™,4003C 24X18 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 48X36 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 48X36 5E/5E 0080+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0600+-004/DI,4003C 24X18 1E/1E 0120+-001/DI,4003C 24X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4450B BOND PLY 24X20 UNPUNCHED SHEET,4003C 48X36 5E/5E 0600+-004/DI,RO4450B碳氢化合物陶瓷半固化片,4003C 24X18 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 24X18 5E/5E 0120+-001/DI,4003C 24X18 1TC/1TC 0207+-0015/DI,4450B BOND PLY 14X24 UNPUNCHED SHEET,4003C 12X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0120+-001/DI

2008年06月01日 - ROGERS - 数据手册 - Issued 06/2008 代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】不同Dk测试方法会产生不同Dk值，帮助设计人员在毫米波电路中选择更适合的PCB材料

无论是用指定某一款PCB材料或者已知PCB材料进行电路设计，或者是用材料的Dk值进行仿真，对设计工程师来说，介电常数（Dk或相对介电常数）都是一个重要的起点。尤其是在较高的毫米波频率下，波长较短，电路尺寸必须非常精确，介质基板的Dk，电路材料的Dk准确性可能直接影响原型设计是否成功。

2023-08-22 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】如何解决表征PCB材料特性的不同测试电路的差异？

高频电路材料的电气特性可以有许多不同的方式来表征。例如，有些方法是采用夹具对原介质材料直接进行表征，而有些则是采用电路形式来进行。材料数据手册中的Dk和Df通常是采用夹具的方式得到的结果。然而，当比较电路测试的结果时，有时发现利用夹具测试法得到的Dk结果与利用电路法得到的Dk结果不同。

2023-08-17 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

天线设计者的福音：介电常数2.55低插损板材

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2016-02-29 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

如何使用PCB材料的设计Dk（介电常数）

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2018-08-16 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

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2018年9月 - ROGERS - 商品及供应商介绍代理服务技术支持现货查询批量订货

Rogers（罗杰斯）高频电路材料性能指南

型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,4350B 48X42 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B-TX 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI-RSZ,4350B 48X36 1E/1E 0166+-0015/DI,RT/DUROID 5880PTFE 玻璃纤维,4350B 12X18 1E/1E 0166+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,5880 18X48 5E/5E 0400+-0015/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0307+-002/DI,4350B 24X18 5TC/5TC 0207+-001/DI,4350B 48X36 1TC/1TC 0207+-0015/DI,4350B 48X42 2E/2E 0300+-0015/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0040+-0007/DI,4350B 24X36 5E/5E 0066+-0007/DI,4350B 24X18 5E/5E 0433+-003/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,4350B 24X20 5E/5E 0300+-002/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,4350B 48X42 5E/5E 0166+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0100+-001/DI,4350B 48X36 5E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X36 2E/2E 0600+-004/DI,4350B 48X40 5E/5E 0300+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,4350B 24X36 2E/2E 0600+-004/DI,4350B 48X72 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,4003C 24X18 1E/1E 0160+-0015/DI,5880 18X12 5R/5R 0310+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E AR1 0100+-001/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,4350B 24X18 5TC/5TC 0307+-002/DI,4350B 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X40 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 48X36 1E/1E 0133+-0015/DI,4003C 24X18 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 24X18 5E/5E 0120+-001/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,4350B 24X18 5E/5E 0466+-0035/DI,4350B 48X40 1E/1E 0100+-001/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0107+-001/DI,4350B 16X21 5E/5E 0100+-001/DI,4350B 24X18 5E/5E 0133+-0015/DI,6202PR 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,6010.2LM 20X20 HH/HH 0250+-001/DI,6010.2LM 20X20 1E/063AL 0250+-001/DI,TMM10I 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,4350B 48X40 5E/5E 0200+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,4350B 48X40 5E/5E 0100+-001/DI,5880 18X12 5E/040AL 0200+-001/,4350B 12X18 1E/1E 0100+-001/DI,4350B 48X36 5E/1E 0133+-0015/DI,4233LN 48.25X36.25 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 24X18 5TC/5TC 0087+-001/DI,4350B 48.5X37 5E/5E 0200+-0015/DI,TMM10 18X24 5E/5E 5000+-0015/DI,4350B 12X18 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X36 5TC/5TC 0107+-001/DI,6010.2LM 10X10 H2/H2 0500+-002/DI,4003C 48X36 5E/5E 0320+-002/DI,5880 18X24 H1/H1 1250+-004/DI,4350B 24X18 5E/5E 046G+-0035/DI,4003C 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,6010.2LM 10X10 5E/5E 0100+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,TMM13I 18X12 5E/5E 2500+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,4350B 24X18 1TC/1TC 0607+-004/DI,4350B 48X40 1E/1E 0066+-0007/DI,4003C 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,RO3010PTFE 陶瓷,6010.5LM 10X10 5E/5E 0250+-001/DI,6202 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,4350B 50.1X110 1E/1E 0100+-001/DI,RO3003PTFE 陶瓷,4350B 16X21 5E/5E 0066+-0007/DI,4350B 24X18 5E/5E 0166+-0015/DI,RO4360碳氢化合物陶瓷,4350B 12X18 5E/5E 0300+-002/DI,4233 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 1E/1E AR1 0200+-0015/D,4350B 12X18 5E/5E 0400+-003/DI,6035HTC 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,4350B 48X36 1E/1E 0600+-004/DI,4350B 24X18 5E/5E 0066+-0007/DI,4350B 24X18 1E/2E 0066+-0007/DI,4350B 48X21 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0166+-0015/DI,4350B 12X18 2E/2E 0100+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0100+-001/DI,RO3000,RT/DUROID 6035HTC PTFE 陶瓷,4350B 12X18 5E/5E 0133+-0015/DI,4350B 24X18 2E/2E 0066+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,4350B 24X18 1E/1E 0133+-0015/DI,4350B 48X36 1E/1E 0100+-001/DI,5880 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0040+-0007/DI-RSZ,4350B 48X42 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 5E/5E 0040+-0007/DI,4350B 48X36 5E/5E 0166+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,TMM 6碳氢化合物陶瓷,4350B 48X40 5E/1E 0200+-0015/DI,4350B 12X18 1E/1E 0400+-003/DI,4350B 48X42 5E/5E 0200+-0015/DI,4350B 48X40 1E/1E 0600+-004/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,4350B 24X18 1E/1E 0400+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,4350B 24X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 24X18 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 48X36 5E/5E 0200+-0015/DI,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,5880 18X24 HH/HH 0620+-002/DI,6010.5LM 20X20 1E/100AL 0250+-001/DI,TMM 3碳氢化合物陶瓷,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,4350B 12X18 1E/1E 0066+-0007/DI,TMM 13I 碳氢化合物陶瓷,4350B 48X36 1E/1E 0300+-002/DI,4350B 48X40 1E/1E 0133+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0080+-001/DI,4350B 21X18 1TC/1TC 0207+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0600+-004/DI,TMM3 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,435OB 24.25X18.25 5E/5E 0066+-0007/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,5880 18X24 5E/063AL 0200+-001/DI,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,4350B 24X36 1E/1E 0200+-0015/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,TMM10 18X12 5E/040AL 0400+-0015/DI,4350B 48X42 1E/1E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI,4003C 12X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E AR1 0200+-0015/D,RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.5LM 10X10 5E/194AL 0500+-002/DI,RO4350B-TX 碳氢化合物陶瓷,TMM4 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,4350B 24X18 1E/1E 0433+-003/DI,6010.2LM 20X20 H1/063AL 0100+-001/DI,400

2016年07月18日 - ROGERS - 应用笔记或设计指南代理服务技术支持现货查询批量订货

【选型】如何为Ku波段卫星通信设备选择合适的PCB材料

罗杰斯公司针对Ku频段的卫星通信应用，提供高性价比RO4350B和高性能RO3003两种PCB材料解决方案。RO3003适用于性能要求较高的国防和航天级的Ku波段卫星通信应用；RO4350B可用于对成本要求较高的民用级Ku波段卫星通信设备。

2019-01-22 - 器件选型代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】选择更高介电常数的PCB材料就能缩小RF/微波/毫米波电路的大小吗

罗杰斯技术营销部经理从PCB材料的介电常数这一参数出发，与工程师们探讨了在设计电路时，需要注意到介电常数并非固定值，其非线性表现、介电常数公差、温度偏移量及材料热导率等其他参数都是工程师们需要注意的地方。罗杰斯投入了大量时间和精力测试自家材料的“设计Dk值”，期望为用户提供实际环境下的Dk值变化曲线，帮助用户更好地完成产品设计。