Low DK(低介电常数)板材的好处:
Low DK(低介电常数)板材的好处:
比较各个厂家不同等级的板材,就会发现越“高速”的板材的DK越低,同时其DF也越低。以松下的板材为例,从M4到M6再到M7,会发现它们的DK从3.7降低到3.4再到3.2。另外,上一节说到的玻璃纤维布,即使是同一等别的板厂生产的,也会有它的升级版,例如M6的升级版是M6N,所谓“N”其实就是用了更好的玻璃纤维布,NE-Glass的玻璃纤维布,基本上都是扁平开纤玻璃纤维布,这样玻璃纤维布从M6到M6N,其DK又从3.4降低到3.2,至于M7也是一样的,从M7到M7N的DK从3.2降低到3左右。当然无论是不同等级的升级,还是NE-Glass的升级,成本都会增加。
我们可以这样下结论:在高速领域上,降低DK通常有利于信号性能,可以认为DK越低的板材,材料价格也会越贵。
那么降低板材的DK会有哪些好处呢?
1.设计方面的好处
我们知道,传输线的阻抗与板材的DK,线宽W(差分线还有线间距)、到参考平面的距离
H以及铜厚T有关,其中只有到参考平面的距离H与阻抗成正比,板材的DK、线宽W以及铜厚T都与阻抗成反比。这样就会有很多变量,换句话说就是改变其中一个变量都会导致整个公式其他变量的改变。
例如原始状态下,设计一个50 Ω的微带线,其参数如图12-31所示。
DK变低时,需要调节其他参数使得传输线维持50 Ω的阻抗,如图12-32所示。
在降低板材的DK后,通过把走线的线宽变宽来维持50 Ω的阻抗,走线变宽的好处在于其损耗会变小,主要改善的是导体损耗,在DK改变而DF不变的情况下,仿真以上三种情况得到的损耗结果如图12-33所示。
也可以通过改变到参考平面的距离H来维持50 Ω的阻抗,如图12-34所示。
这时如果有一根线间距S等于线宽W的攻击线在旁边,如图12-35所示,以上几种情况的串扰就会有区别了。
三种情况下串扰的结果如图12-36所示,DK越小,在其他参数不变的情况下,走线距离的W=7milW参考平面越低,保持相同间距,其串扰就越小。
其实降低板材的DK不仅仅对传输线有帮助,对过孔的设计也是非常有帮助的,经过优化处理的过孔3D结构如图12-37所示。
在同样的反焊盘挖空情况下,选择DK低的板材对过孔阻抗的提升是非常有帮助的,如图12-38所示。
2.加工方面的好处
(1) 在PCB板厚度固定的情况下,可以有更多的走线层。前面已经介绍了,当线宽相同,选择DK低一点的板材,减小走线到参考平面的距离,板厚固定时,能叠出更多的层数,这样每层的走线密度就会降低,也会有利于串扰。
(2) 若PCB板厚度不固定,降低DK就能在相同层数时使板厚减小,那么加工的厚径比就会有优势。所谓厚径比就是在过孔电镀时必须满足板厚和钻孔直径的一个比例约束,通常为12:1,例如3 mm的PCB板,过孔不能小于0.25 mm直径的过孔,否则就会影响电镀的均匀性。因此降低板材的DK,对板厂加工是有正面帮助的。
(3) 降低DK后,在走线到参考平面的距离不变的前提下,可以增加线宽,这样对PCB板加工也有帮助,因为PCB板加工对线宽有一定的要求,通常国内的厂家可加工的线宽需要大于3 mil,因此DK降低了,线宽就更能满足板厂的加工要求了。
3.对芯片工作的好处
其实对芯片工作的好处也就是对信号质量的好处,降低板材的DK使得收发芯片间的时延减小,同时一般DK低的板材DF也比较低,这同样有利于减少信号的损耗,当然也有利于提高芯片接收的裕量。
综上所述,降低板材的DK的好处是全方位的,当然也会增加成本,但是值得注意的是,本节的目的并不是一味地推荐工程师使用更低的DK、更好的板材,这个要看产品的系统裕量,不能一概而论。