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高频 PCB 内层铜厚优化(信号完整性场景)

来源:捷配 时间: 2025/11/28 10:00:02 阅读: 203

1. 引言

 5G、毫米波雷达等高频场景(24GHz+)中,PCB内层铜厚对信号完整性的影响被放大——趋肤效应导致高频信号仅在铜箔表面0.5μm~2μm传输,若内层铜厚过厚(如3oz),不仅无法提升信号质量,还会增加信号衰减(超30%);某5G模块厂商曾因内层铜厚选用2oz(实际需1oz),导致模块接收灵敏度下降5dB,无法满足通信标准。捷配高频PCB团队深耕6年,累计交付80万+片24GHz~60GHz高频PCB,本文拆解趋肤效应下内层铜厚的选型逻辑、优化方法及验证标准,助力解决高频信号衰减问题。

 

2. 核心技术解析

高频 PCB 内层铜厚设计需遵循IPC-2141(高频印制板设计标准)第 7.3 条款,核心围绕 “趋肤深度” 与铜厚的匹配关系:趋肤深度公式为 δ=√(ρ/(πfμ))(ρ 为铜电阻率,f 为频率,μ 为磁导率),25℃时铜电阻率 ρ=1.72×10^-8Ω?m,按公式计算:24GHz 频段趋肤深度 δ≈0.8μm,39GHz 频段 δ≈0.6μm,60GHz 频段 δ≈0.4μm。这意味着高频信号仅在铜箔表面 0.4μm~0.8μm 传输,内层铜厚只需覆盖 2~3 倍趋肤深度(即 1.2μm~2.4μm)即可,对应铜厚约 0.5oz(1.7μm),完全满足高频需求。捷配实验室测试显示:24GHz 频段下,1oz 内层铜厚(3.5μm)的信号损耗比 2oz(7μm)低 28%,比 3oz(10.5μm)低 42%—— 因过厚铜箔会增加 “涡流损耗”,导致信号衰减加剧。此外,高频内层铜厚公差需控制在 ±5%,若公差超 ±10%,会导致同批次 PCB 信号损耗偏差超 15%,不符合GB/T 18313(印制板频率特性测试方法)第 4.2 条款

 

 

3. 实操方案

3.2 高频内层铜厚优化四步法

  1. 频段匹配选型:
    • 24GHz~30GHz 频段:选 0.5oz~1oz 内层铜厚(覆盖 3 倍趋肤深度 0.8μm×3=2.4μm),优先用高延展性电解铜箔(延伸率≥15%),符合IPC-4562(电解铜箔标准)Class A
    • 30GHz~60GHz 频段:选 0.5oz 内层铜厚(1.7μm,覆盖 3 倍趋肤深度 0.6μm×3=1.8μm),选用罗杰斯 RO4350B 基材(介电常数 4.4±0.05),确保铜厚与基材结合力≥1.2N/mm(按 IPC-TM-650 2.4.8 测试);
  2. 工艺优化措施:
    • 铜箔预处理:采用 “微蚀刻” 工艺(蚀刻深度 0.1μm~0.2μm),降低铜箔表面粗糙度(Ra≤0.3μm),减少信号散射损耗,捷配蚀刻生产线(JPE-Etch-800)配备粗糙度实时监测;
    • 压合控制:压合温度 180℃±3℃,压力 28kg/cm²,保温时间 90min,避免铜箔因压力不均导致厚度偏差,同板铜厚偏差需≤±5%;
  3. 信号验证:
    • 损耗测试:用矢量网络分析仪(JPE-VNA-900)测试插入损耗,24GHz 频段 1oz 铜厚 PCB 插入损耗需≤0.8dB/inch,符合IPC-2141 Class 1 标准
    • 阻抗测试:内层传输线阻抗偏差需≤±3%(如 50Ω 阻抗控制在 48.5Ω~51.5Ω),用阻抗测试仪(JPE-Imp-600)全检。

 

高频 PCB 内层铜厚优化核心是 “趋肤深度匹配”,避免盲目选用厚铜导致信号损耗加剧,需严格按频段选型并控制工艺偏差。捷配可提供 “高频铜厚选型 - 定制生产 - 信号验证” 全流程服务:免费提供趋肤深度测算,支持 0.5oz~2oz 高频内层铜厚定制,实验室可按 IPC-2141 标准开展插入损耗、阻抗测试。

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