不同等级高速板材对高速线路板损耗性能的影响

高速产品对PCB有着高传输速率、低信号损耗的要求，而这些性能与PCB板材的介电常数和损耗因子密切相关。一般地，按损耗因子的高低，基板材料可分为Standard Loss（Df：0.015~0.020）、Mid Loss（Df：0.010~0.015）、Low Loss（Df：0.0065~0.01）、Very Low Loss（Df：0.003~0.0065）、Ultra Low Loss（Df：＜0.003）五个等级。为分析不同等级高速材料对PCB插入损耗的影响，选取了业内使用较多的三支材料：X7、X8和X9，在相同的叠层和阻抗设计时，采用FD法测试不同频率时的插入损耗值，因此，基板材料的选择对PCB损耗性能影响极大。

不同铜箔类型对高速PCB损耗性能的影响

随着信号传输高速化和高频化发展，趋肤效应对信号传输质量和信号完整性的影响越来越大，信号在导体中的传输厚度越来越薄，为减小信号传输损耗，高速PCB板材通常会搭配低粗糙度的铜箔。按粗糙度的不同，PCB常用的铜箔有低轮廓铜箔（HVLP铜箔）、反转铜箔（RTF铜箔）和高延伸性铜箔（HTE铜箔）。由于RTF铜箔为反转铜箔，其光面粗糙度大于毛面，而HTE铜箔则是光面粗糙度远小于毛面。

为分析不同铜箔对损耗性能的影响差异，采用X6板材（Very Low Loss等级）分别搭配不同铜箔制得损耗性能测试板，而后采用FD法测试相应的损耗值，与HTE铜箔相比，HVLP铜箔的微带线和带状线损耗比HTE铜箔小12~16%，差异明显，采用HVLP铜箔能显著降低信号传输损耗；与RTF铜箔相比，HVLP铜箔的微带线损耗比RTF铜箔小4~8%，带状线损耗小8~12%。因此，对于高速PCB，在设计时通过合理搭配不同粗糙度的铜箔，可在一定程度上改善信号传输性能。

玻纤类型对高速PCB损耗性能的影响

PCB基材是由树脂、玻纤、铜箔、填料等组合而成，基材的介电常数和损耗因子与其组成息息相关。为满足PCB高速信号传输需求，需降低基材的介电常数和损耗因子，因此，近年来不断推出低损耗的树脂材料，此外，玻纤厂商也致力于研发低介电常数、低损耗因子的玻纤布，如高速基板中已大量使用的NE-玻纤布（NE-glass）低介电常数、低损耗因子的玻纤布。与E-glass相比，NE-glass介电常数和介质损耗大幅下降，其介电常数为4.4（1 MHz），损耗因子为0.0006（1 MHz)。

为分析E-glass和NE-glass在相同设计时的电性能差异，采用FD法分析了X6和X6N材料的插入损耗值，其结果如表4和图4所示。由表可知，与E-glass相比，采用NE-glass可以在一定程度上降低信号损耗。对于差分带状线，E-glass和NE-glass在不同频率下损耗值相差4%~12%左右；对于差分微带线，E-glass和NE-glass在不同频率下损耗值相差12%~22%左右。同时，信号传输频率越高，NE-glass对插入损耗的改善越明显。此外，采用NE-glass还可以减弱玻纤效应对信号传输的影响，有利于提升信号完整性。

不同阻焊油墨对高速PCB损耗性能的影响

一般而言，在高速PCB中使用的阻焊油墨的损耗因子比板材大得多，因此，对于高速PCB的外层线路，影响其信号传输损耗的因素除PCB的设计及材料的选择外（板材、铜箔类型、玻纤类型等），阻焊油墨的选用也对外层线路损耗性能有着较大的影响。为改善高速PCB外层线路的信号传输性能，近年业内有研发推出低损耗的阻焊油墨。为分析常规油墨与低损耗油墨对外层传输线损耗的影响差异，采用低损耗板材制作差分微带线，而后分别丝印两种油墨并测试丝印前后线路损耗性能的变化，

铜箔粗化处理对高速PCB损耗性能的影响

PCB制作线路时，通常会对铜面进行粗化处理，以增加干膜（或湿膜）与铜面的结合力。同时，压合前为增加PP与铜箔的结合力，提高PCB的可靠性，也会对铜面进行粗化处理。其中，线路制作时常用的粗化工艺有磨板或化学微蚀等，压合前粗化一般为棕化。随着信号高速化发展，基材所用铜箔一般为低粗糙度铜箔（VLP、HVLP等），但传统粗化工艺会使铜箔粗糙度增加，从而引起导体损耗增加。为改善PCB制程中粗化处理对损耗性能的影响，药水商开发了专门用于改善PCB损耗性能的低粗糙度粗化药水，以降低铜箔粗化处理后的粗糙度。

表面工艺对高速PCB损耗的影响

众所周知，裸铜本身的可焊性很好，但暴露在空气后PCB表面的铜导体会迅速发生氧化，进而导致PCB性能的恶化，因此需要对铜面进行表面处理，以保证良好的可焊性及可靠性。但是，PCB进行表面处理后，阻焊开窗的微带线损耗会发生变化，影响信号的传输性能。不同表面处理工艺的选用会对PCB导体损耗产生不同影响，对高速PCB而言，选择表面处理工艺除考虑可焊性外，还应考虑其对信号损耗的影响。

为分析不同表面处理对PCB损耗性能的影响，采用相同的材料和设计制作得到PCB半成品，而后分别采用不同的表面处理工艺，而后测试不同表面处理的微带线插入损耗值，在10 GHz和20 GHz时，沉金工艺后损耗值最大，沉银工艺最小，与裸铜损耗值相比，10 GHz和20 GHz时沉金处理后损耗值分别增加19.32%和25.07%，而沉银处理后损耗值分别增加2.12%和0.96%，且除沉银和OSP外，其他表面工艺处理后单端微带线的损耗值均比裸铜的高10%~25%左右，对线路损耗的影响较大。

高速PCB材料的选择以及加工制作工艺对信号损耗特性有着至关重要的影响，且PCB板卡上信号传输速率越高，PCB损耗性能受材料和加工工艺的影响越大，通过选择合适等级的材料，合理搭配铜箔、玻纤布类型、阻焊油墨等，并对加工工艺进行优选，可以获得电性能符合要求的PCB。