高速设计与HDI板材料属性的比较

任何PCB都会使用多种材料来创建层叠结构、蚀刻铜、施加防焊膜和打印丝网。你用来创建多层PCB层叠的每种电介质材料都有不同的材料属性，比如介电常数和热导率。当你为特殊应用设计时，彻底比较PCB材料属性可以帮助你为下一个电路板选择正确的基材。Altium Designer提供了你需要的功能，以选择多层PCB的基材，并为全面制造准备新设计。

ALTIUM DESIGNER

最强大、现代且易于使用的高级电子PCB设计工具。使用任何PCB材料属性，并用Altium Designer准备你的板子进行制造。

你为电路板创建的任何PCB层叠都将包括多种材料。在PCB制造过程中将使用许多不同的材料。你选择的材料将决定功率/信号损失、互连阻抗、温度升高、铜表面粗糙度和PCB中的温度升高。并非每种基材都适合每个应用，因此你需要为你的PCB层叠精心挑选恰当的基材，以在这些不同领域中平衡性能。

通过全面比较PCB材料属性，您可以确定下一个系统使用的最佳基材。一旦确定了适合您的电路板的最佳材料，Altium Designer中的PCB堆叠设计和分析工具可以帮助您为高速电路板或HDI设计创建PCB布局。这里是一个PCB材料属性的比较，以帮助您为您的电路板选择正确的基材。

重要的基础PCB材料属性

在为您的PCB选择基材时，您需要考虑材料的各种材料属性以及它们如何适应您的板子的应用。这里是您在PCB中需要考虑的重要高速设计PCB材料属性：

• 相对介电常数：这是一个复数，由相对介电率（Dk）和耗散因子（Df）组成。Df值与材料中的损耗正切有关。
• 导体损耗：导体损耗分为交流（AC）和直流（DC）两种，这两种损耗都与导体的电导率有关。电导率决定了皮肤深度，皮肤深度决定了交流损耗。注意，在PCB基板上的铜导体损耗与铜表面粗糙度有关，这会增加系统中的损耗并改变互连的阻抗。
• 热导率：这决定了在运行期间热量从基板上散发出去的速率，以及与环境温度相比的温度升高。这将决定您的热管理策略，例如使用散热器或风扇来保持组件冷却。
• 热膨胀系数（CTE）：这告诉您板材在温度升高时的膨胀情况。CTE是各向异性的，意味着板材在不同方向上的膨胀率不同。通常，我们只关心沿着z轴的膨胀，即垂直于电路板表面层的膨胀。
• 玻璃化转变温度（Tg）：玻璃化转变温度告诉您CTE值在温度继续升高时突然增大的点。Tg以上的CTE值大于Tg以下的CTE值。
• 色散：相对介电常数是信号频率的函数。因此，色散不是一个具体的数字，而是定义不同频率的信号在互连中以不同的传播延迟值移动的属性。

制造商继续发现更适合高速电路板、HDI电路板和高温环境的材料。上述各种材料属性影响高速信号在基板中由于色散而传播的方式，以及它们如何散热和承受机械冲击。其中一些材料适用于微波和毫米波设备，或用于高温环境，但它们的生产成本更高。选择材料的最佳策略是从FR4开始，并评估这种材料是否适合您的应用。

标准PCB堆叠材料

行业主要使用FR4级非导电材料作为铜层之间的隔离材料来制造印刷电路板。FR4是NEMA等级指定的玻璃纤维增强环氧树脂层压板材料。该等级代表了纤维与树脂的比例，并指示了如阻燃性、介电常数、损耗因数、拉伸强度、剪切强度、玻璃化转变温度和z轴膨胀系数等特性。FR4具有阻燃性，使其适用于安全要求，并且在不同的温度和湿度环境下坚固耐用，提高了性能质量。

标准的玻璃纤维浸渍树脂层压板。

PCB的主要材料组成是聚合物树脂（介电材料）有或无填料、增强材料和金属箔。为了形成PCB，交替层的介电材料，有或无增强材料，被堆叠在铜箔层之间。大多数用于高速设计的PCB材料属性是环氧树脂，但有些可能是BT、PPE、氰酸酯和改性丙烯酸酯。典型的环氧树脂PCB层压板结构如上所示。

玻璃纤维浸渍树脂层压板的横截面。

这些层压板被放置在铜层之间，成为具有与板上组装的电路相关的介电特性的基材。设计师指定基材厚度以满足电路的介电要求。IPC-2221包含了指定FR4和其他层压材料在PCB基材层中的介电常数的表格。最佳的PCB设计和布局工具将使用这些数据来模拟您的PCB堆叠中的阻抗和损耗，以实现最佳的布线和走线设计。

• 如果您不熟悉PCB介电材料中的高频行为，分散模型可能难以建立。

  了解更多关于FR4 PCB材料中高频介电分散对高速设计的影响。

• PCB层压板和铜表面的表面粗糙度将影响PCB中走线的实际和虚拟阻抗。

  了解更多关于在您的PCB中模拟铜表面粗糙度。

• 当您使用正确的PCB设计工具时，您可以使用任何介电材料排列创建您的PCB堆叠。

  了解更多关于在Altium Designer中使用层堆叠管理器的信息。

适用于高速设计和HDI的PCB材料

行业的骨干树脂一直是环氧树脂。环氧树脂之所以成为主流，是因为其相对低廉的成本、强大的粘合力（既对金属箔也对自身）、以及理想的热性、机械性和电性能。基础的环氧化学性质多年来已经发生了巨大的变化。选择替代性树脂基的PCB堆叠材料通常是为了解决环氧树脂系统的特定缺点。由于其热稳定性，BT-环氧树脂常用于有机芯片封装，而聚酰亚胺和氰酸酯树脂则因其较低的介电常数（Dk）和耗散因数（Df）值而被使用。

除了热固性树脂外，还使用了热塑性树脂，包括聚酰亚胺和聚四氟乙烯（PTFE）。与相对脆弱的热塑性聚酰亚胺版本不同，热固性版本是灵活的，并以薄膜形式提供。它通常用于制造柔性电路以及所谓的刚柔结合电路。它的成本也比环氧树脂更高，只在需要时使用。许多公司已经转向“无卤要求”，以预期最终禁止在先进PCB介电材料中使用的基于溴的阻燃剂。

这些属性非常适合高速和HDI PCB。较低的介电常数使得这些板上的信号传输速度更快，并降低了相邻信号线之间的电容耦合。这有助于通过减少相邻信号线之间的串扰来确保这些板上的信号完整性。这在HDI板中尤其重要，因为在小空间内密集地布置着走线。

替代PCB堆叠介电材料选项

如果您正在为高温或高功率应用设计，有其他基板选项可用。这些替代基板也可用于HDI和高速PCB设计，为您选择电路板的最佳基材提供了更多灵活性。

• 陶瓷PCB基板材料提供非常高的热导率和在高频下更平滑的分散性，使其非常适合在高温环境中使用。

  了解更多关于陶瓷PCB介电材料。

• 金属芯PCB基板通常用于将在高功率下运行并达到高温的单层或双层电路板。

  了解更多关于使用金属芯PCB基板。

• 对于柔性或刚柔性PCB，您需要选择一类具有表层光滑铜箔的柔性材料。

  了解更多关于柔性和刚柔性PCB设计的柔性基材选项。

在Altium Designer中进行刚柔性PCB设计很简单。

在Altium Designer中创建您的PCB堆叠

Altium Designer中的层堆叠管理器包含一个标准玻璃纤维织物材料库，这些材料具有明确定义的介电常数、CTE值和色散模型。如果您正在使用更专业的材料，如RT Duroid或铝基PCB，您可以根据数据表定义介电常数和损耗。然后，您可以使用集成的场求解器设计受控阻抗线路。Altium Designer中包含了确保信号完整性和布线HDI板所需的一切。

Altium Designer的制图工具提供了PCB制造所需的铜和PCB堆叠介电材料选项信息。焊膏和孔镀层材料也进行了通报。随着全球范围内禁用铅焊料和其他有毒材料成为强制性要求，使用RoHS材料正成为常态。

装配说明和制造细节在内置于层堆栈中的通用机械层上进行了枚举。层堆栈管理器内的特殊层专用于指定丝网印刷、焊膏和防焊膜、钻孔信息、保持区域以及互连层。

Altium Designer中的统一PCB设计环境

Altium Designer中的统一环境还包括用于创建高速PCB、HDI电路板和刚柔结合PCB的布局和布线功能。Altium Designer中的每个功能都建立在一个基于规则的设计引擎上，所有的PCB布局和布线工具都可以在一个程序内访问。Altium Designer中的仿真功能也非常适合检查高速和HDI电路板材料属性中的信号完整性。

• Altium Designer中的设计规则驱动引擎会在您创建原理图绘制和PCB布局时自动标记错误。在这个独特的设计环境中，您可以保持高效并设计强大的电子产品。

  了解更多关于Altium Designer统一规则驱动设计环境的信息。

• 为了帮助确保HDI和高速电路板材料属性中的信号完整性，Altium Designer包括一个集成的3D场求解器，用于阻抗和信号完整性计算。

  了解更多关于Altium Designer中Simberian的3D场求解器的信息。

• 如果您是集成PCB设计的新手，Altium通过Altium Academy为您提供PCB设计教程和资源。

  通过Altium Academy在Altium Designer中了解更多关于高速设计用PCB材料的信息。

在Altium Designer中创建您的PCB堆栈并指定电路板的介电常数。

针对高速设计和HDI电路板材料属性的PCB材料比较图是PCB设计师和电气工程师关注的重要话题。存在几种资源提供PCB板材料属性的比较，但您需要的设计软件能让您使用任何材料进行PCB堆栈设计。Altium Designer中的PCB设计功能让您为高级PCB堆栈选择材料，并且您将获得一整套CAD功能和仿真工具的访问权限。

Altium Designer在Altium 365上提供了前所未有的集成程度，这在过去仅限于软件开发领域，使设计师能够在家工作并达到前所未有的效率水平。

我们只是初步探索了使用 Altium Designer 在 Altium 365 上可以做到的事情。您可以查看产品页面以获取更深入的功能描述，或者观看其中一个按需网络研讨会。