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微带线的损耗

关于微带线损耗的“神话”,一直是在做PCB设计时的一大误区。从刚接触PCB开始,导 师就告诉我们,微带线的传输速度快,损耗小。毕竟微带线有一部分能量是在空气中传播的, 空气的介电常数是1,损耗角可以忽略不计。在光口协议上也能找到这样的证据如表3-2 所示。
10G光口的信号在普通板材中,带状线能走6000mil,微带线能走8000mil。 果然,微带线损耗比带状线的小。但是同样疑问出现了,为什么我们看到那么多的高速串 行总线并没有使用微带线布线反而大部分走的是带状线? 许多人的答案是这样的:表层的EMC问题会比较严重;表底层需要放器件但没有那么多空间等。 让我们来看一组这样的数据,如图3-26所示。
两条对差分线的回损基本相同,都小于-25dB,这意味着损耗的差距并不是由反射所引起。图3-26
中的数据使用的是高速板材,表层微带线盖油,布线宽度为9mil,而带状线布线宽度为7mil。微带线布线更宽,但微带线的损耗却要比带状线的损耗更大。这是为什么? 这里就需要提到通常被大家所忽略的绿油了。图3-27所示为一份绿油的数据表。
原来,绿油的损耗角比FR-4还要高。微带线的一部分电磁场在介质中,但另一部分电磁场并不全在空气中,而是会穿过绿油,引起损耗。当使用的材料是FR-4时,绿油与空气混合体的损耗是小于FR-4的,所以微带线在损耗方面有优势。但当使用的材料是高速板材时,绿油与空气混合体的损耗是没有任何优势的,导致微带线的损耗反而要比带状线的更大。图 3-28所示为使用普通板材与高速板材,微带线与带状线损耗的对比。
板材损耗角的临界值,大概为0.017。当材料的损耗角小于0.017时,带状线的损耗就开始优于微带线的了 。

技巧:
而回头看表3-2,里面的Nelco4000-13材料属于高速板材,为何其布线 长度还是微带线大于带状线呢? 原因就在于许多人只关注到了最后的线长, 而忽略了前面的线宽。在表格中,微带线的线宽是0.3 mm,而带状线的线宽是0.125 mm,的确在很多层叠中,微带线的线宽是要宽于带状线的,
这才是微带线走的比较长的 原因 。
有些人可能会发现一个BUG,我们将微带线的损耗“怪罪”于绿油。聪明的 人一定会说,那不盖绿油不就好了吗? 让我们看看仿真结果,如图3-29所示。
从图3-29中可以看到,去掉绿油时微带线的损耗明显变小。可这只是仿真结果,并不是 真实情况
。真实情况是表层只要是开了阻焊,生产时默认都会进行表面处理,通常用的是沉金工艺,也称为化学镍金。铜的电导率为5.7×107 S/m,而金的电导率为4.5×107 S/m,镍的电导率为1.4×107 S/m。同样介质下,不同金属的损耗如图3-30所示。

所以在实际生产情况下,无绿油损耗并不一定会优于盖绿油损耗情况,如图3-31所示。
同时,外层布线的生产过程比内层布线的要复杂,阻抗不易精确控制。 看来,在评估是否使用微带线以及是否使用漏铜结构时,需要针对具体情况做进一步的 分析。

微带线的损耗

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