PCB叠层和布线对电路的其他影响

通常，在测量频率为100kHz时，FR4所具有的标称介电常数k=4.7。但这个值在上述测量频率上仍然可能在4.0～5.5变化，并随着测量频率的升高而降低。在测量频率≥1MHz时，该值为4.2。按照具有控制k值进行等级分类的FR4可以很容易地从市场上购得（比如在100kHz测量频率上，测量到的k值为4.7±0.1的这种FR4材料仅比一般的FR4材料略贵或几乎相当）。使用FR4材料作为基板的PCB以及使用匹配传输线情况下，应该尽可能采用这类按k值分类的FR4材料。即便使用的不是FR4材料，重要的是仍然应该按照所要求的最恶劣条件下的介电常数进行有关计算。PCB介电常数的有关内容还会在后面的小节中作进一步的讨论。

在PCB的叠层中，PCB制造厂商还会使用到下列类型的材料：

1）单面覆盖有铜箔的介质层。并已可以直接进行蚀刻以形成PCB的顶部和底部层面。

2）核心层。这些是未经处理的可柔性介质层。其两面都包敷着铜箔。并已可以直接进行蚀刻以形成内部层面的线条和平面。

3）预浸处理层（聚酯胶片）。它们只是一些用树脂浸泡过的，未经处理的塑料或其他合成材料构成的简单层面。它们被用来作为铜箔包敷的核心层间的隔离用间隔材料。当然，在固化处理过程中它们会把PCB的各层胶合在一起。

由于制造厂商仅提供有限范围的，用于覆盖层、核心层和预浸处理层介质材料的厚度，这就限制了设计工程师可用来获得所期望的Z₀值的线条宽度的范围。因此PCB设计工程师在设计过程中应于PCB制造厂商保持密切的联系，以便使他们能在获得所期望的Z₀值的条件下，以最低成本来设计线条的几何参数。

FR4材料的介电常数k会随着材料中树脂的含量（含树脂率）和厚度（以及频率、温度和湿度）的变化而改变。这是因为FR4材料是由高k值的玻璃纤维和低k值的环氧树脂构成的混合材料。所以，通常假定k=4.2只有在把材料作为一个整体看待时才是准确的。在一个真正的PCB叠层中，在靠近每个线条两边以及在同一层面上线条中间（比如差分对线条中间）的区域会具有较为丰富的树脂的k值通常仅为3.0。因此，这些树脂丰富的区域倾向于引起Z₀值比所预期的要低。

当设计一个PCB叠层时，设计工程师倾向于选择整数值来作为预浸处理层的厚度。但是形成的覆盖层、核心层和预浸处理层的厚度，以及由此获得的实际特性阻抗则还取决于PCB本身的结构、在形成叠层处理工艺中所使用的层压、热输入率和边缘的堰塞（以防止树脂被挤压出来）。它甚至还取决于与所关心线条位置上所蚀刻铜箔的形状。

例如，若在形成PCB的叠层并形成固化过程中，核心层已经在预浸处理层还未形成固化前率先固化。那么在核心层上的已蚀刻铜箔将会被压入预浸处理层，从而造成少量材料的位移。并由此减小了在铜质线条上面的介质厚度。倘若采用的又是薄形预浸处理层的话，它们之间的厚度差异可以对Z₀造成明显的影响。但若铜质面越宽，由此产生的影响也就越小。因此，对于两个相互面对的两个大面积平面而言，预浸处理层厚度上的减小，即使采用的是最薄的预浸处理层的情况下，也不会对Z₀构成什么值得注意的影响。这个问题以及有关的详细内容可以在讨论偏置带状线-结构问题的文献中找到。(www.xing528.com)

由于图2-5-24选自计算机显示，所以，图中的图像及有关文字不甚清晰，为此，将该图中的图例及中文解释重新列表如下：

图2-5-24 一个8层PCB叠层和它的阻抗计算

在考虑到所有上述影响的同时，而又在不希望增加产品的成本情况下来改善EMC性能和产品的屏蔽和滤波效果，我们发现，采用人工计算的办法几乎是不可能的。并且，对在板线条调整的迭代过程过于耗时。所以我们需要借用能够处理这个问题的PCB设计工具。Polar仪器公司的SB200叠层工具和SI8000阻抗求解器（程序）就是帮助我们解决这些问题的这类工具。

上面所提到的那些计算机辅助设计工具还可以帮助我们降低产品的单位制造成本和缩短产品进入市场的时间。当然，TDR也是用于这一目的的一个非常有价值的工具。

有能力和经验丰富的生产传输线PCB（有时也称为受控阻抗PCB）的制造厂商的数目日益增多。其中，有些制造厂商装备有技术含量很高的复杂模拟（仿真）器和测量设备。这些模拟器的拥有，使它们的设计工程师具有了他们所必须有的设计手段和工具。而精密的测试设备还可以帮助他们确认和验证所获得的设计结果。对于一个刚刚从事传输线设计的工程师来说，这些制造厂商以及它们的产品为他们以及他们的产品设计带来许许多多的，有价值的帮助。而对于一个从事多年传输线设计专家来说，它们又是一个很好的技术伙伴。

但有些制造厂商，特别是那些低端市场产品的制造厂商，也许不会为设计工程师提供太大的帮助。因为它们往往并不总是具备用于生产受控阻抗PCB所需要的装备和测试手段。有些甚至连一些基本概念都不甚清楚。尽管如此，它们的销售人员仍然会给人造成一种印象，他们有能力与您合作，并根据您的需要（通过向您学习）按时生产出性价比很好和可靠的受控阻抗PCB。不可想象你能通过与这样一些公司的合作可以生产出使用最新的亚微米元器件和传输线技术的PCB。虽然，产品的购买者往往选择使用尽可能廉价的PCB供应商是一件很自然的事。问题的关键是项目主管（或其他拥有足够权限的管理人员）必须密切注意并防止他们的供应商是否在不考虑产品质量的情况下尽量的节省成本。