PCB 层压板的 Dk 和 Df 表征方法 – 第一部分

确定各种层压板之间的权衡。

如果不是我父母的反对，我早就被困在幼儿园了。Steinbaugh 夫人说我就是不明白学校是怎么回事。我记得其他孩子在玩耍时，我试图弄清楚如何通过在我们的 Think and Do 工作簿中做同样事情的猴子之间画一条线来连接猴子。现在，许多年后，我不得不承认，在所有 PCB 介电和层压板测试标准上连接猴子时，我都曾遇到过同样的挫败感。拥有十几种不同的 IPC 材料测量标准是谁的主意？哪些是合适的或准确的，在什么情况下？

最近，一位工程经理问我这个问题：“我仍然不知道在仿真中使用什么 （Dk/Df） 值。当我查看表格（来自供应商演示文稿）和 Dk/Df 表格时，我看到的值不同。表格和图之间唯一匹配的数字是 10GHz 处 Df 的数字。（1GHz 处不匹配）。

可用于 Dk 和 Df 的可能值的数量可能令人难以置信。您有来自层压板制造商的 PowerPoint 演示文稿、他们的数据表、您的制造商提供的任何数字，以及您从上一个设计的内裂缝中拉出的任何内容。通常情况下，这些数字并不一致。

如果我必须在短期内推荐 Dk 和 Df 数字的选择，我会建议使用层压板供应商的表格值，而不是盲目地插入层压板数据表值。这有几个重要原因。最重要的是，同一树脂系统中可能有 30 到 40 种不同的介电结构，它们都会根据树脂含量和频率而略有不同，这两者都有助于降低 Dk 并增加 Df 和传播损耗。另一方面，数据表假设特定的树脂含量，频率值往往因制造商而异。

图 1 显示了来自竞争层压板供应商的少数材料的 Dk 随频率的变化。这些值通常由硬件设计人员和制造商用于阻抗规划。根据我的经验，PCB 制造商往往擅长跟踪树脂含量对 Dk 的影响，但他们通常使用 1GHz 的值，因为他们不熟悉设计的电气特性。如果最快的信号频率较高（如果您正在阅读本文，则它们可能确实如此），则建议使用与对信号完整性最敏感的互连相关的值。

 

图 1.少数材料在 50% 树脂含量下的向下倾斜介电常数 （Dk） 与频率的关系。（数值由层压板制造商提供。

图 2 显示了竞争层压板供应商提供的相同材料的 Df（又名损耗角正切或耗散因数）随频率的变化。损耗角正切对传播损耗的影响在场求解器软件中建模得相当好，但制造商通常不会在设计中跟踪它。如前所述，他们不知道互连速度或损耗预算。建议设计团队在初始原型之前自行跟踪和模拟这一点，尤其是在选择层压板时。损失越低，成本越高。

 

图 2.少数材料在 50% 树脂含量下的向上倾斜耗散因数 （Df） 与频率的关系。（数值由层压板制造商提供。

一个像样的层压板库可以帮助在各种层压板替代品之间进行权衡，或者可以创建测试工具来比较一种材料与另一种材料的总损耗。

层压板供应商提供的数据的一个复杂之处在于，很多数据来自不同的 IPC 测试方法。在 1 月份的 DesignCon 上，Don DeGroot 博士和我将调查表 1 中提到的一些更常见的测试方法，并根据经过良好校准的测试方法分析它们的准确性。

 

表 1.介电测试的标准测试方法，按层压板制造商分类

本专栏没有足够的空间来进一步详细介绍电介质的电气测试方法，但表 1 显示了一些更常见的高层数环氧树脂/玻璃层压板供应商的 Dk 和 Df 测试方法。在会议和随后的网络研讨会期间，我们将讨论一种比较多个供应商的层压板的方法，以及十几种 IPC 介电和层压板电气特性方法。

这变得非常令人困惑，因为层压板制造商可能会使用：

• 一种用于数据表的测试方法，另一种用于 Dk/Df 表的测试方法。
• 一种在 1GHz 时的测试方法，另一种在 1GHz 以上的测试方法。
• 一种用于 Dk 的测试方法和另一种用于 Df 的测试方法。