如何选择高速板材(下)_一博科技

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3. 高速板材选择实例

选择合适的板材主要有如下的考虑：
1)可制造性；
2)与产品匹配的各种性能（电气、稳定性等）；
3)材料的可及时获得性/Time To Market；
4)成本因素/Cost；
5)法律法规的适用性等；
常用的高速板材有如下一些：
1)Rogers RO4003/RO3003/RO4350(PTFE)等
2)Tuc 862/872SLK/872SLK-SP/883/933等
3)Panasonic Megtron4/Megtron6等
4)Isola FR408HR等
5)Park-Nelco N4000-13,N4000-13EPSI等
6)ITEQ  IT180、IT200等
      当然还有很多其他的板材，在此就不一一举例了，每种材料都有各自的优缺点，由于篇幅有限也不在此讨论各种材料的优缺点了。上面的Tuc862严格意义上来说并不算高速板材，只是它的参数介于低损耗和普通损耗之间，而价格和普通损耗的材料差异不大，被很多主流公司用来作为降成本的一种方案。
      如下是一个简单的板材选择案例，需满足以下的一些基本需求：
      高速信号部分有12.5Gbps Interlaken信号、QPI、PCIE3和10.3125Gbps到光口信号；高速信号损耗要求：-0.8dB/inch@4GHz,-1.6dB/inch@8GHz；差分信号阻抗控制有85ohm、90ohm和100ohm(线宽、线间距固定)；4通道DDR4信号；小电压大电流的电源较多，其中0.9V电源最大电流80A；板厚小于2.8mm，6万多Pin的板需要在2个月内完成设计并制板且保证性能。
      时间紧迫，第一步就是要先确定使用什么材料才能确定叠层，选择材料的第一原则当然是性价比及交期的考量。我们如果选择普通的板材，Dk/Df为4.2/0.022时仿真的损耗结果如下图所示。

图21

      从图21可知用普通材料损耗已经超出了标准，需要用比普通损耗级别更低的中、低损耗材料才能满足要求了。
上面提到过Tu862中损耗材料，从损耗角度来看应该是可以满足要求，但还要看是否能满足阻抗要求，下面图22为阻抗计算的结果。

图22

       由上面计算结果可知，虽然Tu862从损耗角度能满足要求，但本案例为了满足交期已经固定了线宽，从计算的结果显示需要一个Dk更小的材料才能满足阻抗要求，最后综合各种材料的特性及交期考虑，我们选择了Tu872slk sp(Dk/Df为3.5/0.008,交期正常为2周，其他高速板材正常交期大于2周)，重新计算阻抗及损耗结果如下图23和图24所示。

图23

图24

      至此，在满足阻抗和损耗要求、叠层及可加工性后，最终的材料可以确定了，在设计初步定稿后，我们提前通知板厂备料(因为交期和库存原因一般高速板材都需要提前通知备料的)，最终在规定的时间内完成了设计及制板，目前已经全部调试通过。

4. 结论

     在实际的工程操作中，高速板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的，通过本文的介绍，作为PCB设计工程师或者项目负责人，如果对板材的特性及选择有一定的了解，那么无疑就是对项目的把控如虎添翼。下面是一些针对高速板材选择的建议：
1)了解板材属性
     2)使用合适板材搭建合理层叠
     3)通知板厂提前备料，并确认叠层的可实现性
     4)当信号速率高，走线长，对损耗有要求的设计，使用普通材料已经没有裕量或者裕量不多时，请考虑选择高速板材
     5)闭环验证
     最后，使用高速板材(高速设计)需要考虑的因素总结如下：
      1)低损耗、耐CAF/耐热性及机械韧（粘）性（可靠性好）
      2)稳定的Dk/Df参数（随频率及环境变化系数小）  
      3)材料厚度及胶含量公差小（阻抗控制好）
      4)低铜箔表面粗糙度（减小损耗）
      5)尽量选择平整开窗小的玻纤布（减小skew和损耗）
      6)用一般的制程即可加工（加工性好）
      7)材料可及时获得性
      8)环保要求
      以上的结论为一般的通用建议，具体情况需要具体分析，针对不同设计需要不同的材料，在高速设计里不能一概而论，除了靠经验之外，仿真也能帮助我们更精确的判断设计需要具体哪种材料。

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在内层差分阻抗，用polar算误差较大8%～10%

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先确定使用什么材料才能确定叠层

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