【经验】层压板玻纤效应的电磁波问题与补救措施

时间： 2018-01-28 来源：Rogers（世强编辑整理） 作者：馨小喵

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玻纤效应的概念已经存在多年，这是一个有争议的话题。从理论上讲，玻纤效应是玻璃纤维的结构对高频或高速数字电路性能产生负面影响。ROGERS公司的John Coonrod将基于此讨论玻纤效应的电磁波问题与补救措施。

大多数用于改善层压板机械性能的玻纤布具有玻纤结团的区域和结团之间的空隙。玻纤结团的介电常数（Dk）通常约为6，结团间空隙的Dk约为3，这取决于用于制造层压板的树脂体系。关于玻纤效应的一个问题是，如果关键电路的走线恰好跨过了结团和结团之间的空隙，则走线将在每段孤立区域中具有不同的Dk。在非常高的频率或极高的数字速率下，这些Dk差异可能会对电路性能产生影响。

下面，举一个有关玻纤效应的例子：一条使用Dk为3.0的层压板的微带传输线电路（双面板），在77GHz时，1/4波长约为0.024inch，1/8波长约为0.012inch。从理论上讲，当电磁波在介质中传播时遇到1/4波长或更大波长的异常时，电磁波可能会被扰乱并且发生共振。此外，工作中的经验表明，在1/4波长的介质中的异常往往会导致波传播问题。如果层压板的玻纤是有空隙的或结团尺寸为1/8波长或更大，则玻纤结团和空隙间离散的Dk异常可能导致电路性能问题。工业应用中会有许多不同的玻纤织物，其中一些玻纤织物的尺寸为0.012inch（77GHz下的1/8波长）或更大。

如果层压板使用两层或更多层玻纤织物，则这可以减少在这个例子中对玻纤效应的关注。当使用两层玻纤织物制造层压板时，结团或空隙区域完全重叠的几率非常小。这意味着由玻纤结团和空隙引起的离散Dk异常将大大减少，从而对电磁波的影响微乎其微。

还有其他与玻纤效应有关的问题。为了使读者容易理解，我们假定层压板具有一个玻纤层，并且该电路是简单的微带线电路。在PCB的大量使用中，玻纤效应通常会造成电路与电路的性能差异。将这个问题概念化的基本方法是假设大多数电路将具有随机对准玻纤织物图案的关键走线，与该走线相关的波经历了玻纤结团和空隙的均化效应。而后，大概有百分之一的概率，电路的关键走线和玻纤结团的一个空隙的顶部完全对齐，这种情况下，电磁波所经历的Dk会比前面提到的电路更高。较高的Dk会带来许多影响，例如阻抗较低，相位角偏移，波速减慢等都会影响电路的性能。

玻纤效应在具有耦合特性的电路或使用差分对技术时也会存在问题。当电路设计中的一对走线具有明确的关系时，每条走线必须具有相同的波传播介质。如果这一对走线中的一条走线具有不同的介质，则耦合的一对将不会如设计者预期的那样执行。在RF应用中，耦合走线用于滤波器和定向耦合器设计。在高速数字应用中，耦合走线会被用于差分对设计。对于RF应用，如果一条走线经历与其配对走线不同的Dk，那么对之间的相位角将不会如设计的那样发生性能的改变。高速数字应用通常具有同步问题，其中来自每对走线的信号将需要同时到达电路中的某一个点。当信号在不同的时间到达，会存在信号偏差，这可能是由于玻纤效应使得一条走线的波速比另一条走线的波速慢。对于非常高速的数字电路来说，信号偏差可能会引起问题。

许多用于高频应用的层压板通过使用填充树脂系统避免了玻纤效应的问题。在这种情况下，玻纤结团之间的空隙区域与玻纤结团不会出现Dk的突变差异，如同未填充树脂体系那样。填料的Dk值通常不同于树脂体系，也不同于玻纤结团。添加的填料有助于平均隔离区域的Dk差异，而玻纤结团和空隙区域之间的Dk差异也会更小。最后，一些高频层压板是没有玻纤织物的，这些材料通常在毫米波频率下使用。

技术顾问：winthony

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