一文读懂PCB核心电气参数 —— 介电常数Dk与损耗角正切Df

    在高速 PCB 设计与高频射频电路中，** 介电常数（Dk/εr）与损耗角正切（Df/tanδ）** 是决定信号质量、传输速率与系统稳定性的两大核心指标。很多工程师在选型时只关注 Tg、厚度、阻燃等级，却忽略了这两个 “看不见” 的电气参数，最终导致信号衰减、时序偏移、眼图闭合、发热异常等问题。本文用通俗语言，从定义、物理意义、工程影响三个维度，把 Dk 与 Df 讲透彻。

 

 

介电常数 Dk，全称相对介电常数，表征绝缘材料在电场中储存电荷的能力。简单理解：Dk 越大，材料 “抓电” 能力越强，信号传播速度越慢；Dk 越小，信号跑得越快、延迟越低。真空 Dk=1，空气≈1.0，常规 FR-4 板材 Dk 在 4.2–4.8 之间，高频板 Dk 可低至 2.2–3.5。Dk 直接决定两个关键设计结果：阻抗值与传输延时。阻抗计算公式中，Dk 是核心变量，Dk 每波动 0.1，阻抗就会出现明显偏差，直接影响阻抗控制精度。传输延时与 Dk 平方根成正比，Dk 从 4.5 降到 3.0，延时可降低约 18%，对高速串行信号至关重要。

 

损耗角正切 Df，也叫损耗因子、介质损耗，衡量材料在交变电场下把电能变成热能的损耗程度。可以把它看作信号传输的 “摩擦系数”：Df 越小，损耗越低、信号越 “顺滑”；Df 越大，能量被吃掉越多，信号衰减越严重。普通 FR-4 在 1GHz 下 Df≈0.02–0.025，低损耗 FR-4≈0.008–0.015，超低损耗与高频材料可做到 0.001–0.005。在高频与高速场景下，Df 的影响呈指数级放大，频率越高，介质损耗越占主导，长走线、毫米波、5G/6G、高速 SerDes 必须严控 Df。

 

Dk 与 Df 并非固定不变，而是随频率、温度、湿度、电压应力变化。频率升高时，多数材料 Dk 轻微下降、Df 明显上升；温度升高，分子运动加剧，Df 快速抬升；吸湿会显著劣化 Dk/Df 稳定性，因此高频板常选用低吸水率树脂。优秀的高频高速板材，核心优势就是 Dk/Df稳定性好、波动小，在宽频宽温范围内保持一致。

 

    这两个参数共同决定信号完整性：Dk 管 “快慢与阻抗”，Df 管 “损耗与衰减”。低频低速电路可以放宽要求，但进入 1Gbps 以上高速、1GHz 以上高频，Dk/Df 就是设计成败的关键。理解它们，是从 “画板” 走向 “高速设计” 的第一步。