如今，许多应用程序在两个设备之间发送信号以提供数据或执行特定功能。这些信号可能包括射频 (RF) 或微波频率。通常在通信行业中发现，射频/微波在卫星、雷达和导航系统中很常见。然而，它们也可以在较小的应用中找到，例如车库门开启器、安全钥匙卡终端、无线报警系统和手持仓库库存扫描仪。在所有这些应用中，都有允许传输和接收信号的射频微波PCB。 传统上，PCB有4层（丝印、阻焊层、铜和基板）。为了将所有这些层固定在一起，PCB与某些材料层压在一起，这些材料通过加热和压力固化。为层压板选择合适的材料基于多种因素。层压板必须坚固而轻，不会给应用增加不必要的重量。 它还必须提供良好的导热性和热膨胀性，其中材料可以处理通过PCB的电力产生的热量，同时允许射频微波PCB材料因温度升高而膨胀，而不会破裂和产生裂缝或干扰 RF和微波信号。层压板还应具有良好的耐湿性和耐化学性、高粘合强度以及优异的机械和电气性能。 多年来，应用对高科技的日益增长的需求需要能够跟上新技术的层压板。射频微波PCB层压板的制造趋势为公司提供了更多的选择，同时也向他们展示了这种 PCB复合材料的未来前景。
高频高速PCB材料价格昂贵，根据应用的不同，高频pcb的材料成本也会有很大的差别。在制造高频高速PCB电路板时，需要与设计和制造方面经验丰富的工程师交谈，无论是标准刚性板、刚柔结合板还是柔性板，都可以评估最适合的材料类型应用。 此外，工程师还可以告知某些PCB材料在应用中对其他材料可能存在的问题。兼容性问题会减慢制造流程和上市时间。通过向工程师提供全面的规格详细信息，来提供适合应用的最佳材料选择，并且可以节约成本。 由于PCB材料具有许多因素，因此需要高频高速PCB材料具有基本的、特定的优势。如何选择正确的高频高速PCB材料呢？ 尺寸公差稳定性：高速PCB应具有在经历不同温度范围、振动、冲击和电涌时提供机械稳定性的材料。 卓越的热管理：PCB材料应提供出色的热传递和散热，而不会使各层开始剥落、分层或高速分解。 增强的信号性能：即使频率增加，信号性能也应该是恒定的，几乎没有信号损失。材料应具有低Df以提供此优势。 严格的阻抗控制：高速电路需要严格控制阻抗路由，以在频率范围变化时保持恒定的 Dk。 防潮和耐化学性：选择对水分和化学物质吸收率低的材料，这样高频高速PCB的电气性能几乎不会发生变化。
高频高速PCB板制造商通常会获得使用特定材料或一组材料的知识和经验。这是因为并非所有流程和机器都可以互换。一种机器或工艺可能不适用于基于Teflon PTFE的配方，因为它适用于制造PPE或PPO层压 PCBs。因此，了解制造商的流程、设备和他们使用的材料类型可以帮助公司避免获得劣质产品。 选择的材料应基于特定的高频高速PCB板应用、成本和可制造性。目前市场上用于PCB的标准材料是4类阻燃剂 (FR-4)。这种材料由环氧树脂层压板组成，并用玻璃纤维增强。它通常用于中低速电路板，因为它对于大批量生产运行具有成本效益。虽然可以选择用于高速PCB应用，但标准FR-4容易受到过热、功率和电压率过高的影响。对于高速频率，它也没有稳定的 Dk，因为信号丢失会变得更加频繁。 如果FR-4不是一种选择，热固性碳氢化合物层压板、PTFE 层压板和聚酰亚胺可能是可接受的替代品。所有这些材料都很容易获得，但成本更高。 PTFE 层压板：聚四氟乙烯(PTFE)材料正成为FR-4的标准替代品。这种材料对微波频率和毫米波频率具有出色的介电性能，特别是对于现在用于5G无线通信系统的材料。它还提供低信号损耗、改进的阻抗控制和良好的信号性能。 [...]
高频PCB线路板在设计要素中，尺寸和公差设计至关重要。在现场设计中，通常采用双边公差和真实位置公差。简单标记的真实位置尺寸和公差使制造商可以任意比例地安排位置和尺寸内的偏差，这通常会增加可制造性。因此，设计人员确保功能要求，并为制造商提供足够的自由度，通过这些自由度，可以在精度最低的制造过程中安排领先的偏差。 位置公差能力主要取决于高频PCB线路板的材料类型、厚度和整体尺寸。0.254 毫米（0.01 英寸）的真实位置直径是最常见且最容易获得的。当公差要求高于 0.152 毫米（0.006 英寸）时，会影响可制造性。然而，在适当需要时，应要求最大材料条件允许制造商平衡孔径误差和位置误差以提高可制造性。 当按照最小直径制造通孔时，需要在简单标记的最大材料条件下使用真实位置公差。然而，由更大和可接受的直径制造的通孔通常以较低的精度定位，这仍然确保适合和功能。因此，较大的过孔可以获得足够的位置公差，等于可接受的最小过孔直径的增加值。将额外的容差添加到真实位置容差中，就会生成检测容差。 当高频PCB线路板应用最小材料条件时，根据最大直径确定公差。“与特征尺寸无关”是指应用无额外公差的标记公差，特征尺寸公差是根据可接受的不同制造能力确定的。虽然真实位置尺寸和公差都可以应用于任何可以想象的情况，但它们最好应用于类似于孔、凹槽和其他 X [...]
的确，高速高速PCB板材料价格昂贵，根据应用的不同，成本可能会令人望而却步。考虑PCB初始生产过程中的优势和权衡以及可能获得的长期利益。特定高速 PCB材料的较高成本可能值得某些应用的初始成本。 选择的材料应基于特定的高频高速PCB板应用、成本和可制造性。目前市场上用于PCB的标准材料是4类阻燃剂 (FR-4)。这种材料由环氧树脂层压板组成，并用玻璃纤维增强。它通常用于中低速电路板，因为它对于大批量生产运行具有成本效益。虽然可以选择用于高速PCB应用，但标准FR-4容易受到过热、功率和电压率过高的影响。对于高速频率，它也没有稳定的 Dk，因为信号丢失会变得更加频繁。 如果FR-4不是一种选择，热固性碳氢化合物层压板、PTFE 层压板和聚酰亚胺可能是可接受的替代品。所有这些高频高速PCB板材料都很容易获得，但成本更高。
对于高频PCB线路板的带状线或微带线，接地距离与导体宽度之比、导体厚度和耦合导体之间的距离对特性阻抗和衰减系数有很大影响。在一定频率范围内和传输线结构上，衰减系数、相对介电常数和特性阻抗可能具有频率可靠性。 当带状线或微带的横截面尺寸大于介质中的波长时，其他（更高）传输模式变得显着，这使得传输线的电气性能减弱。随着信号速度和频率的上升，传输线的尺寸必须成比例地减小以避免高阶模式，这需要应用更薄的高频PCB线路板基板材料并保持给定的特性阻抗。 • 带状线 带状线是一种传输线结构，包括一条信号线和两条与信号线平行的较宽的地线，夹在两者之间。 不对称带状线 当信号线放置在地（或电源）之间但不在中心位置时，必须修改带状线的计算公式。在修改过程中，需要耦合信号线与近地和远地之间的差异。如果信号线位于中心的三分之一范围内，则假设信号线位于中心所引起的偏差将非常小。 当信号线之间非常需要耦合时，必须依赖不对称的带状线结构，这会影响位于不同表面并由电介质隔开的两条信号线。耦合是通过平行线或交叉线进行的。在高频PCB线路板的电路设计中，不需要耦合，垂直交叉信号线的结构不起作用。 • 微带线 [...]
高频PCB线路板电特性包括特性阻抗（Z）、衰减系数（α）和信号传输速度（v）。特征阻抗和信号传输速度由有效相对介电常数决定，而信号损耗由衰减系数决定。 在所有可能的传输结构中，如带状线、微带、双极脉冲或凹槽、带状线和微带在微波电路设计中应用最为广泛，通常依赖于软基材。高频PCB线路板基板材料的其他设计规则如下： a.铜线圈的附着力必须足够高以承受应用和制造环境，以免造成永久性损坏。b.相对介电常数随温度变化，可能会影响工作温度范围内的电气性能。c.表面贴装器件 (SMD) 和镀通孔 (PTH) 的可靠性也与 CTE 相关。d.考虑到热管理问题，基板材料的热导率会影响设计。e.在决定外壳和安装时，应提前考虑高频PCB线路板翘曲。f.机械性能可能会影响装配和安装设计。g.基板材料的比重决定了高频PCB线路板的重量。h.在极限环境温度和大功率元件的设计和回流焊接或其他高温制造的应用过程中，必须仔细考虑热膨胀系数（CTE）。e.电阻率可能是与电气性能相关的一个因素，尤其是当高阻抗线路传输高压时，例如功率放大电路。
射频微波PCB在设计时还需要考虑成本. 通常，单位面积厚的基板材料比单位面积薄的基板材料成本更高。 一致性。对于需要弯曲成圆柱或圆锥等简单弯曲形状的电路板，薄板能够弯曲到较低的曲率半径，而不会破坏基板材料或铜箔。 介电击穿。对于平行板，薄介电材料比厚材料具有更高的介电击穿电压。 功率处理能力。射频微波PCB的功率处理能力受两个方面的限制，可以通过增加基板材料厚度来缓解。一方面，高功率可以通过热量部分耗散。另一方面，高峰值功率水平会导致电晕开始发电并缩短基板材料的寿命。 • 环境 印刷电路板制造和操作环境限制了基板材料的选择。应考虑的主要材料性能包括：a．温度稳定性。应保证操作和技术最高和最低温度，温度限值应标明为“峰值”或“连续”。电气性能修正应在峰值温度下进行计算，并与设计要求进行比较。在间歇性温度峰值范围内，电路板不可能工作，因此应应用“连续”温度来估计性能。应在“间歇”极限温度范围内检查电路板机械性能发生的永久性损坏。 b．基板材料应吸收少量的湿气，这样电路板的电气性能在高湿环境下不会明显下降。毕竟，额外的环保解决方案会引起额外的制造成本和设计妥协。使用的技术需要与基材材料的耐化学性和耐溶剂性相容。 c．抗辐射性能。当射频微波PCB应用于太空或核应用时，基板材料将受到大量电离辐射的影响。应确保和估计电离辐射对基板机械和电气性能的影响。此外，应确保其累积效果，并与电路板的有效运行寿命相比较。
射频微波PCB设计也要考虑损耗角正切的问题，介电损耗是关于损耗角正切和相对介电常数的函数。对于某些基板材料，单位长度的介电损耗可以通过应用更短的线路来抵消，这也可以减少导体损耗，这在高频情况下导体损耗变得明显时至关重要。因此，在估算某些电路中元件损耗的参数时，估算的是单位长度或频率的损耗，而不是给定频率下的普通单位线长度损耗。 在一定频率范围内，射频微波PCB基板材料损耗必须足够低，以满足输入/输出功率要求，同时避免散热问题。此外，一些电路元件（例如滤波器）的功率响应必须保持急剧的频率滚降特性，才能满足电气性能要求。自然，介电损耗会影响该频率特性。 • 厚度 基板材料厚度与以下设计元素相关： a．走线宽度。为了保持给定的特性阻抗，应减少衬底材料厚度以满足走线宽度减小的要求。在制造时，薄基板材料上的高阻抗走线可能需要极低的走线宽度。 b．机械性能。在无支撑的薄基板材料上构建的电路可能会弯曲、翘曲或扭曲，这在刚性和热固性材料上是不可能发生的。 c．尺寸稳定性。一般来说，在尺寸稳定性方面，薄基板材料比厚基板材料表现差。此外，薄基板材料也会给射频微波PCB制造商带来挫折或导致成本增加。
如今已经见证了射频微波PCB在包括医疗、通信等在内的众多手持无线设备和商业行业中的广泛应用。由于射频微波电路是分布参数电路，容易产生趋肤效应和耦合效应，干扰和在实际的印刷电路板 (PCB) 设计中，电路中的辐射难以控制。常见的问题包括数字电路和模拟电路之间的交叉干扰、电源引起的噪声干扰以及荒谬的布局引起的类似干扰问题。因此，如何平衡PCB设计中的优势和劣势，尽量减少干扰是射频/微波PCB设计的一个关键方面。 如何确定基板材料？ 作为电路设计的早期阶段，PCB基板材料的选择在射频微波PCB设计中起着至关重要的作用，因此最佳的基板材料有助于最终产品的卓越性能和高可靠性。在考虑适合您的PCB设计的基板材料时，必须关注一些方面，例如相对介电常数、损耗角正切、厚度、环境等。以下内容将详细介绍它们的意义并展示理想的选择方法。 • 相对介电常数 相对介电常数是指介电常数与真空介电常数的比值。用于射频微波 PCB 设计的基板材料的相对介电常数必须足够高，以满足空间和重量的要求。然而，高速互连等其他应用需要极低的相对介电常数，以生产具有可接受线宽和阻抗容差的高阻抗电路。 [...]