你必须要知道的高频高速PCB测试知识

时间2022/6/7 9:33:07
发布人管理员
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引子:



      作为“电子产品之母”的PCB板,是整个电子产品产业链中关键的基础性环节。而作为PCB的生产材料,更是基础中的基础,可以说是现代电子工业这座大厦的砂石。随着物联网技术,5G通信以及汽车电子等下游应用的快速发展,PCB行业发展迅速。据咨询公司ResearchAndMarkets 2020年12月份预测,从2019年到2024年,全球高速PCB市场有望以8%的年复合增长率快速增长。


      中商情报网消息,2022年我国PCB行业市场容量预计达到381.5亿美元,年复合增长率大约为5%,但是主要以中低端的PCB为主,这说明高频高速PCB板及其材料市场在中国具有进一步的发展空间。


什么是高频高速PCB板?


      一般来说,高频高速PCB板是指频率在1GHz以上印刷电路板,这个定义在业界可能不尽相同。其各项物理性能、精度、技术参数要求非常高,常用于通信系统、汽车ADAS系统、卫星通信系统、无线电系统等领域。



                                                                  

             此外,一个设备除了射频系统,还有数字处理与接口部分。受消费者对更快的互联网连接、移动高清视频和物联网等多种需求的驱动,PCB板也必须支持高速数字数据传输的需求。IoT,5G以及大数据中心等商业应用以及越来越多的个人应用不断刷新对数字通信系统速率的要求。据统计,高速数字系统的带宽在数据速率的驱动下几乎每三年增加一倍,如下表。

                                                          



                                                          



                                                          

                                                                                                             PCIe带宽与频率



                                         

                    高频高速的PCB有哪些重要的参数?


      高频高速PCB板与普通的PCB板的生产工艺基本相同,实现高频高速的关键点在于原材料的属性,即原材料的特性参数。高频高速PCB板的主要材料是高频高 速覆铜板,其核心要求是要有低的介电常数(Dk)和低的介电损耗因子(Df)。除了保证较低的Dk和Df,Dk参数的一致性也是衡量PCB板质量好坏的重要因素之一。另外,还有一个重要的参数就是PCB板的阻抗特性以及其它的一些物理特性。


     高频高速电路板基材介电常数(Dk)一定得小而稳定,一般来说是越小越好,信号的传送速率与材料介电常数的平方根成反比,高介电常数容易造成信号传输延误。


     高频高速电路板基板材料介质损耗(Df)必须小,这主要影响到信号传送的品质,介质损耗越小使信号损耗也越小。


    高频高速电路板的阻抗——其实是指电阻和对电抗的参数,阻抗控制是我们做高速设计最基本的原则,因为PCB线路要考虑接插安装电子元件,接插后考虑导电性能和信号传输性能等问题,所以必然要求阻抗越低越好,一般各大板厂在PCB加工时都会保证一定程度内的阻抗误差。


   高频高速电路板基材吸水性要低,吸水性高就会在受潮时造成介电常数与介质损耗。


高频高速PCB及材料的参数怎么测?


   刚才我们提到,高频高速PCB的生产工艺与普通的PCB的生产工艺基本相同,它的特性参数主要取决于PCB材料的特性参数。因此要生产出符合要求的PCB板,除了采用相应的工艺外,更重要的是一定要使用合适的PCB的合成材料。因此作为PCB的制造商,研发设计人员首先要对PCB的材料进行测试,确认特性参数;在制作样板之前,通过设计仿真软件对PCB板进行建模,对特性参数进行拟合,从而生成PCB的样板,然后对样板进行验证测试,并不断的迭代,达到要求后,才进行量产。在量产的过程中,根据需要采用抽检或全检的方式对PCB板进行测试。



                                                      


PCB制作过程中的测试环节


     作为PCB材料的提供商,需要了解自己的材料的特性,制作所提供材料的特性参数规范给客户,以确认是否能满足客户PCB特性的要求。因此自身需要对原材料进行测试,这些材料包括各种波纤布材料和各种树脂材料或合成后的覆铜板等。


                                           

PCB材料的Dk/Df测试


      为了满足不同应用的信号完整性的要求,除了需要对材料本身的介电常数Dk和介电损耗Df进行分析,以实现有效PCB板设计外,还需要对PCB进行S参数和TDR阻抗等测试,这里涉及到很多的技术细节,如仪器校准,夹具提取去嵌(AFR)和传输线仿真测试等。请关注文章后面的推荐阅读和观看内容。


     是德科技(Keysight)作为PCB及材料测试的领先厂商,与我们的合作伙伴一起,已经为中国的PCB原材料供应商、层压材料供应商、制造商和系统制造商提供了基于矢量网络分析仪,材料测试软件及相应的测试夹具组成的各种方案,包括传输线仿真、阻抗测量、Delta-L 损耗测试以及 Dk/Df 参数提取(Dk = 介电常数和 Df = 损耗因子),如下图所示,应一些客户的要求,一些新的测试方案和工具也正在开发之中。


                                                                   


                      以上这些测试方案,极大促进了我国PCB产业的上下游厂商在PCB及其材料的研发和生产,增加了他们的市场份额,提高他们的技术水平,从而加速了产品的进口替代。

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