隨著無(wú)線通訊和寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PCB已不再簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單是在一些絕緣的基材上面布上金屬導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。在許許多多的情況下，基材和金屬導(dǎo)體已經(jīng)成為功能元件的一部分。尤其是在射頻應(yīng)用中，元件與基材相互作用，從而，PCB的設(shè)計(jì)和制造越來(lái)越對(duì)產(chǎn)品的功能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。如左圖1所示的微波高頻板的一個(gè)典型部分，上面的導(dǎo)體都是一個(gè)個(gè)元件。

我們PCB制造者也更多的介入與設(shè)計(jì)相關(guān)的東西，尤其是到高頻，高速信號(hào)傳輸中更是如此。同樣設(shè)計(jì)者也必須對(duì)PCB制造工藝有深入的了解，才能綜合生產(chǎn)出合格的，高性能的PCB。

我們從這期開(kāi)始介紹一些大家經(jīng)常接觸的參數(shù)，由淺入深做一些技術(shù)探討，希望能夠加深設(shè)計(jì)與制造的溝通和交流。

1.介電常數(shù)

介電常數(shù)（Dk, ε，Er）決定了電信號(hào)在該介質(zhì)中傳播的速度。電信號(hào)傳播的速度與介電常數(shù)平方根成反比。介電常數(shù)越低，信號(hào)傳送速度越快。我們作個(gè)形象的比喻，就好想你在海灘上跑步，水深淹沒(méi)了你的腳踝，水的粘度就是介電常數(shù)，水越粘，代表介電常數(shù)越高，你跑的也越慢。

介電常數(shù)并不是非常容易測(cè)量或定義，它不僅與介質(zhì)的本身特性有關(guān)，還與測(cè)試方法，測(cè)試頻率，測(cè)試前以及測(cè)試中的材料狀態(tài)有關(guān)。介電常數(shù)也會(huì)隨溫度的變化而變化，有些特別的材料在開(kāi)發(fā)中就考慮到溫度的因素。濕度也是影響介電常數(shù)的一個(gè)重要因素，因?yàn)樗慕殡姵?shù)是70，很少的水分，會(huì)引起顯著的變化。

可以看出，對(duì)于高速、高頻應(yīng)用而言，最理想的材料是由銅箔包裹的空氣介質(zhì)，厚度允差在＋/－0.00001"。作為材料開(kāi)發(fā)，大家都在朝這個(gè)方向努力，如Arlon 專利開(kāi)發(fā)的Foamclad非常適合基站天線的應(yīng)用。但不是所有的設(shè)計(jì)都是介電常數(shù)越小越好，它往往根據(jù)一些實(shí)際的設(shè)計(jì)而定，一些要求體積很小的線路,常常需要高介電常數(shù)的材料，如Arlon的AR1000 用在小型化線路設(shè)計(jì)。有些設(shè)計(jì)如功放，常用介電常數(shù)2.55(如Arlon Diclad527, AD255等)，或者介電常數(shù)3.5(如AD350,25N/FR等)。也有采用4.5介電常數(shù)的，(如AD450)主要從FR-4設(shè)計(jì)改為高頻應(yīng)用,而希望沿用以前設(shè)計(jì)。

介電常數(shù)除了直接影響信號(hào)的傳輸速度以外，還在很大程度上決定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信線路板里尤為重要.如果出現(xiàn)阻抗不匹配的現(xiàn)象,阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比)。

CTEr:由于介電常數(shù)隨溫度變化，而微波應(yīng)用的材料又常常在室外，甚至太空環(huán)境，所以CTEr(Coefficenc of Thermal of Er，介電常數(shù)隨溫度的變化系數(shù))也是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。一些陶瓷粉填充的PTFE能夠有非常好的特性，如CLTE。

2.損耗因子（Loss, loss tangent, Df, Dissipation factor）

除了介電常數(shù)，損耗因子是影響材料電氣特性的重要參數(shù)。介電損耗也稱損耗正切，損耗因子等，它是指信號(hào)在介質(zhì)中丟失，也可以說(shuō)是能量的損耗。這是因?yàn)楦哳l信號(hào)(它們不停地在正負(fù)相位間變換)通過(guò)介質(zhì)層時(shí)，介質(zhì)中的分子試圖根據(jù)這些電磁信號(hào)進(jìn)行定向，雖然實(shí)際上，由于這些分子是交聯(lián)的，不能真正定向。但頻率的變化，使得分子不停地運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量的熱，造成了能量的損耗。而有些材料，如PTFE的分子是非極性的，所以不會(huì)受電磁場(chǎng)的影響變化，損耗也就較小。同樣，損耗因子也跟頻率和測(cè)試方法有關(guān)，一般規(guī)律是在頻率越高，損耗越大。

最直觀的例子是傳輸中電能的消耗。如果電路設(shè)計(jì)損耗小。電池壽命可以明顯增加。在接收信號(hào)時(shí)，采用的損耗的材料，天線對(duì)信號(hào)的敏感度增加，信號(hào)更清晰。

常用的FR4環(huán)氧樹(shù)脂(Dk4.5)極性相對(duì)較強(qiáng)，在1GHz下，損耗約0.025,而PTFE基材(Dk2.17)在此條件下的損耗是0.0009。石英填充的聚酰亞胺與玻璃填充的聚酰亞胺相比，不僅介電常數(shù)低，而且損耗也較低，,因?yàn)楣璧暮枯^純。

下圖為PTFE 的分子結(jié)構(gòu)圖，我們可以看到，它的結(jié)構(gòu)非常對(duì)稱，C-F鍵結(jié)合緊密，無(wú)極性基團(tuán)。故隨電磁場(chǎng)變化而搖擺的可能性很小，表現(xiàn)在電氣特性上就是損耗小。

3. 熱膨脹系數(shù) (CTE)

熱膨脹系數(shù)通常簡(jiǎn)寫(xiě)為CTE(Coeffecient Thermal Efficent)，它是材料的重要熱機(jī)械特性之一。指材料受熱的情況下膨脹的情況。實(shí)際的材料膨脹是指體積變化，但由于基材的特性，我們往往分別考慮平面(X-, Y-)和垂直方向的膨脹(Z-)。

平面的熱膨脹常?？梢酝ㄟ^(guò)增強(qiáng)層材料加以控制，(如玻璃布,石英, Thermount )，而縱向的膨脹總是在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上難以控制。

平面的CTE對(duì)于安裝高密度的封裝至關(guān)重要，如果芯片(通常CTE在6-10ppm/C)安裝在常規(guī)PCB上(CTE 18ppm/C)，通過(guò)多次的熱循環(huán)以后，可能造成焊點(diǎn)受力過(guò)度老化。而Z軸的CTE直接影響鍍孔的可靠性，尤其對(duì)于多層板而言。