PCB基板材料是許多方面性能的主要決定因素。在任何實際的操作環(huán)境中，您都需要做出一些妥協(xié)，以確保您的下一塊板能夠按預期運行。PCB基板材料行業(yè)花費了大量時間來設計具有各種材料特性，編織樣式，粘合樹脂含量和介電特性的PCB芯和層壓材料。在標準PCB基板上進行設計的任何人都可以在其下一板中使用大量的層壓板和核心材料。

PCB基板材料的介電常數(shù)可能比其他任何材料特性都重要，這是因為它對信號完整性和電源完整性的影響。在這場辯論中，通常會比較低k和高k介電層壓板用作PCB基板材料。用于3D打印的高級應用的可用材料范圍不斷擴大，并且許多特殊材料也變得可用。讓我們看一下低k與高k PCB基板材料的全面比較。

低K與高K介電基板的比較

許多在高頻或高速設計領域工作的設計人員通常建議使用Dk值較低的電介質。低k PCB基板材料確實提供了許多信號完整性優(yōu)勢，這促使許多設計人員建議直接使用這些材料。盡管許多設計人員建議選擇低k介電基片，但這些材料具有某些優(yōu)點和缺點。下表顯示了低k介電材料的一些重要優(yōu)點和缺點。

從上面可以看出，低k介電材料在信號完整性方面提供了某些優(yōu)勢。但是，在需要極其精確布線的PCB中使用這些材料意味著要進行一些微小的設計更改，以克服它們的缺點。

對于電源完整性而言，最重要的缺點可能是電源和接地層之間所需的去耦水平，因為使用低k材料會降低層間電容并增加PDN阻抗。為了克服這個缺點，需要將接地層和電源層放置得更近一些。當使用標準平面PCB層壓板時，這可能不可行，因為層厚度受芯和預浸料的厚度限制。

PCB基板材料中的分散

在低k和高k介電材料之間進行選擇時，始終有一個因素值得懷疑：介電常數(shù)的分散。任何材料的這種特性是指介電常數(shù)和吸收常數(shù)隨信號頻率的變化。

由于信號傳播速度與介電常數(shù)成反比，因此信號帶寬內(nèi)Dk的變化會導致信號中不同的頻率分量以不同的速度傳播。類似地，信號帶寬內(nèi)吸收常數(shù)的變化會導致不同的頻率分量經(jīng)歷不同程度的衰減。

由于這些材料的非均質各向異性特性，因此很難對PCB基板材料中的分散度進行寬帶測量。這導致測得的Dk和吸收常數(shù)值顯著變化，這在很大程度上取決于測量技術。除了測量困難外，這些特性還是PCB互連中信號失真的重要決定因素。

在長互連中，色散會導致調制的模擬信號和高速數(shù)字信號在傳播過程中遭受明顯的衰減。由于不同的頻率分量在互連上以不同的速度傳播，因此信號在傳播過程中將伸展，而不管色散是正還是負。

測量，信號失真和建模方面的問題促使人們使用新型的低k PCB基板材料。3D打印系統(tǒng)及其使用的獨特材料正是在這里為高級RF和超高速數(shù)字設備提供了潛在的解決方案。

通過3D打印擴展您的PCB基板材料范圍

3D打印系統(tǒng)利用多種替代材料進行PCB制造，包括低k和高k聚合物作為PCB基板材料。與標準的PCB層壓板相比，這些材料具有明顯的優(yōu)勢。首先，它們不會受到纖維編織效應的影響，當在GHz范圍內(nèi)工作時，可以防止特定的EMI問題和不可預測的偏斜問題。這是毫米波頻率下的已知問題，通常可以通過選擇具有更緊密編織圖案的平面基板來解決。

其次，聚合物目前在性能最好的3D打印PCB中用作基材。聚合物的介電性能可以通過摻雜，固化，共混和功能化來調節(jié)。隨著可用材料范圍的不斷擴大，材料工程師將有更多選擇來調整材料參數(shù)，以滿足其特定的設計應用。噴墨3D打印系統(tǒng)非常適合與一系列可低溫處理的聚合物懸浮液一起使用。

3D打印系統(tǒng)還為PCB制造提供了其他優(yōu)勢。這些系統(tǒng)可用于在逐層沉積工藝中制造具有任何幾何形狀或互連體系結構的板。制造成本和時間是高度可預測的，因為它們僅取決于所印刷材料的重量，而不取決于成品PCB的復雜性。這使得這些系統(tǒng)非常適合用于高級PCB的超快速原型制作，以及立即擴展到高混合量，小批量生產(chǎn)的需求。