PCB板多层层叠板的总厚度和层数等参数受PCB板材特性的限制。由于特殊板材一般能够提供的厚度不同的板材品种有限,所以设计者在PCB设计过程中必须考虑板材特性参数、PCB加工过程的限制。
其中FR4板材有各种厚度,适合多层层叠的板材品种齐全。下表以FR4板材为例,为了PCB设计工程师的参考,表示多层板层叠结构和板材厚度分配参数。
表1FR4层叠板结构参数
这里FR4六层板、完成板的厚度为1.6mm,其层叠结构如下图所示。
图16层PCB板层压结构
以下,进行FR4/PTFE/F4/S1139/RO4350等几个板材的参数说明。
表二PCB板材料的主要参数性能比较
板材对加工PCB设计的影响最大的参数主要是介电常数和损失因子。PCB多层板设计时,选择板材时,也需要考虑加工冲头、层叠性能等。
以上传输线特性阻抗,从损失、传播波长分析和板材比较来看,产品设计必须考虑成本、市场因素。因此,在PCB设计中,设计者在选择板材时,建议考虑以下因素。
(1)对信号工作频率不同的板材的要求不同。
(2)在1GHz以下工作PCB可以选择FR4,成本低,多层压床过程成熟。在信号输入输出阻抗低(50欧姆)的情况下,布线时需要严格考虑传输线特性阻抗和线间耦合,缺点是不同厂家和不同批次生产的FR4板材的掺杂不同,介电常数不同(4.2腐蚀63:5.4)不稳定。
(3)在622Mb/s以上工作的光纤通信产品和1G以上3GHz以下的小信号微波收发信机可以选择改性环氧树脂材料如S1139,介电常数在10GHz比较稳定,成本低,多层压床处理与FR4相同。在622Mb/s数据多路复用分路、时钟提取、小信号放大、光收发器等中,容易制作多层板,有板材成本比FR4(高4分/cm2左右)稍高、基材厚度FR4品种不齐全的缺点。或者,采用RO4000系列,例如RO4350,但现在在国内一般使用RO4350双面板。缺点是这两种板材不同的板厚品种数量不齐全,根据板厚尺寸的要求多层印制板的制作不便。在RO4350的情况下,板材制造商生产的规格为10mil/20mil/30mil/60mil的4种板厚,但是现在国内进口品种少,层叠板的设计受到限制。
(4)3GHz以下的大信号微波电路例如功率放大器或低噪声放大器推荐RO 4350那样的双面板材,RO4350介电常数相当稳定,损失因子低,耐热特性好,加工过程相当于FR4。那个板材成本比FR4(高6分/cm2左右)稍高。
(5)10GHz以上的微波电路例如功率放大器、低噪声放大器、上下变频器等对板材的要求高,推荐采用具有相当于F4性能的两面板材。
(6)无线移动电话的多层板PCB板材料要求板材介电常数的稳定性、损耗因子的低、成本的低、介质屏蔽的要求高,建议将具有与pTFC(美国/欧洲等多用)类似性能的板材或FR4和高频板组合粘接而构成低成本、高性能层叠板。