介电常数_介质角正切对PCB特性阻抗的影响(精)

文章编号:1001-9227(200306-0047-02 介电常数、介质角正切对PC B特性阻抗的影响3 曹安照　田　丽 (安徽工程科技学院电气系　芜湖,241000 摘　要:数字信息的处理、传输都面临着高速化的问题,适合于这方面应用的材料必须有高的特性阻抗也即低的介电常数和介质损耗,本文研究了影响介电常数及介质角正切的几种因素。这种研究对PC B行业和生产厂家生产高质量、大特性阻抗PC B具有重要的理论价值和实际应用价值。 关键词:印刷电路板　特性阻抗　介电常数 ABSTRACT:A fter paper[1],the effects of dielectric for the PC B’S characteristic im pedance are analyzed. This study has very im portant theory value as well as application value. KEY WORDS:PC B　Characteristic im pedance　Dielectric constant 中图分类号:T M215.92文献标识码:B 0　概　述 现代信息化的社会生活,随着数字技术的发展,逐步进入了融信息、通讯、影像于一体的多媒体时代。而多媒体技术的发展,必须要有数字信息的高速度大容量传输作为支撑。同时,人们使用的计算机、显示终端、电视机等也在不断地更新换代。数字信息的处理、传输都面临着高速化的问题。适合于这方面应用的材料必须有低的介电常数和介质损耗。 特性阻抗的计算为: Z0=87/S QRT(εr+1.41×ln[(5.98h/(0.8w+t] (1 式中, Z0:印刷导线的特性阻抗; ε r :绝缘材料的介电常数; h:印刷导线与基准面之间的介质厚度; w:印刷导线的宽度; t:印刷导线的厚度。 从公式(1可以看出:影响特性阻抗的主要因素是:(1介质常数εr;(2介质厚度h;(3导线宽度w;(4导线厚度t等。因而,特性阻抗与基板材料(覆铜板材关系是非常密切的,故在PC B设计中选择基板材料非常重要,其中介电常数的影响尤为重要。 1　介电常数对Z0的影响 3　皖经贸(2001265号 安徽省教育厅科研项目(2001kj044 从电磁波理论中的马克斯威尔公式可知,正弦波信号在介质中的传输速度(V s与光速(C成正比,而与传输介质的介电常数(εr均方成反比。 V s=C/εr(2 信号在介质材料中传输速度将随着其介电常数增加而减小。因此要获得高的信号传输速度必须降低材料的介电常数。同时要获得高的信号传输速度就必须采用高的特性阻抗值。而高的特性阻抗必须选用低的介电常数材料。 大家知道,基板材料的介电常数是由基板材料的各种介质材料的综合体现。如FR-4基板材料,它是由环氧树脂和E玻璃纤维布增强材料组成的,所以FR -4基板材料的介电常数εr值可用下式来达: lgεr=V R lgεR+V g lgεg(3 式中εr为覆铜板基板材料的介电常数,εR和εg分别为树脂和玻璃布的介电常数,V R和V g分别是树脂和玻璃布的体积百分数。这说明覆铜板基板材料的介电常数是由基板材料中的树脂体积含量和增强材料体积含量及其相应介电常数来决定的。由公式(1和(3可看出,要采用低εr的基板材料必须选用低介电常数的树脂和低介电常数的增强材料。下面以常见的几种基板材料FR-4、MT、T LC-W-596ME、PTFE为例,探讨影响介电常数的主要因素。 2　介电常数与频率的关系 经研究发现,介电常数与频率的关系如图1所示。 由图1可知,除了FR-4的介电常数随频率增加而缓慢增加外,其余几种几乎没有什么大的变化。 74 自动化与仪器仪表 ZI DONGHUA YU YIQI YIBIAO                    2003年第6期(总第110期 3　介质损耗角正切与频率的关系(如图2所示 传输损耗(介电损失受基材介质损耗角正切值的 影响很大。 d D =27.3×1 c ×f ×εr ×tg δ(4 式中:d D —介电损失;C —光速;f —频率。 从图2中可看出,除了FR -4的介质损耗角正切随时间作非线性变化外,其余三种的介质损耗角正切 随时间缓慢上升,tg δ为介质损耗角正切值。4　介电常数与温度的关系 从图3中看出,除了PTFE 的介电常数随时间变化较大外,其余三种基材的介电常数随时间变化缓慢 。5　结　语 低的介电常数可获得高的特性阻抗值,本研究深入讨论了几种基板材料的介电常数随频率、温度等各种因素的变化情况。可以预计,今后基板材料的εr 仍然会继续走向低小的趋势。因此,研究影响εr 的因素对PC B 行业和生产厂家在实际生产中如何控制这些因素,以开发新产品,生产高质量、大特性阻抗的PC B 具有重要的理论价值和实际应用价值。 参考文献 1　田丽.影响印刷电路板(PC B 的特性阻抗因素及对策.自动化 与仪器仪表[J ].2003(2:48-49 2　张家亮.改善PC B 基材介电性能的材料动态.印刷电路信息 [J ],2000.(4:11-14 3　祝大同.PC B 基板材料走向高性能、系列化.印刷电路信息 [J ],2000.(4:16-21 4　M otorala Application N ote.T ransmission Lion E ffects in PC B Appli 2cation[J ].AN1051 (上接第29页 以避免由此方法所带来的诸多缺点,用户反映效果很 好。4　结束语 进入21世纪以来,随着冶金行业的技术进步,冶金行业技术改造项目不断增多,这些技术改造项目都不能缺少温度测量和控制。因此,非接触红外测温技 术应用于冶金行业也在不断的扩展。红外线测温仪的出现,结束了无法对运动目标非接触方式测温的历史。它提高了生产率,确保生产过程的安全,提高产品质量,降低消耗,减少停机时间,增加了经济效益。 红外测温仪它不仅能对运动目标进行非接触温度测量,而且还能以数字量和模拟量输出,与计算机联网,从而实现温度测量和自动控制,为冶金行业自动化提供了一个不可缺少的测温设备。 8 4