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实际工作中,用Polar计算阻抗,仿真设置中介电常数的选择都是默认1GHz的基准。

为什么是1GHz?还有,有没有发现Dk随频率升高而减小,Df随频率升高而增大的趋势?

先说点基础的知识。

介电常数理解为电容器在介电材料存在下的电容与空气存在下的电容比值,所以也有电容率之说。

作为一个比值,相对于空气介电常数(其值设为1)的倍数,介电常数没有单位。通常用希腊字母εr来表示,也有用缩写Dk表示材料的介电常数。

介电常数是绝缘材料的固有特性,是一种衡量材料存储电荷能力的物理量。

介电常数不是一个确定的常数,影响的因素比较多。频率,温湿度,树脂含量等条件的变化,都会影响介电常数。

损耗因子,电容器中绝缘介质层的总功率损耗与电容器中施加的电压、电流乘积的比值。

需要做个区分的是:

体电阻率与材料中离子密度和迁移率有关。

损耗因子关联的是偶极子数目和偶极子在电场中旋转幅度的大小。

有时候会分不清离子和偶极子。

离子是带正电荷或负电荷的原子或原子团,电子是带负电荷的微粒。离子有三大移动方式:扩散,迁移,对流。

偶极子是距离很近的符号相反的一对电荷或磁荷。

离子偶极作用即离子与一个极性物质之间的作用(正-负)。

很多时候,损耗因子表示为tanδ,这个角度不重要,重要的是代表材料的两个特性。

一个是介电常数,电场中偶极子如何重新排序改变的电容量。

另一个是损耗因子,偶极子如何运动,电流和施加的正弦电压同向。

为什么是1GHz?

FR4 的介电常数的具体值与环氧树脂和玻璃布的相对含量有关。介电常数随频率而变化,例如从1KHz到10MHz ,FR4 的介电常数变化较大,然而从1 GHz 到 10 GHz,FR4的介电常数就比较稳定,这也就是我们日常阻抗计算,仿真设置等里面的标准选择1GHz频点下的Dk和Df值。当然为了消除不确定因素,有必要指明测量介电常数时的频率。

当然也有其他的因素和说法,比如测试频率点1GHz的选择,还是比较认同上面这一种。

至于为什么Dk随频率升高而减小,Df随频率升高而增大的趋势?

影响Dk和Df三大因素:树脂含量,温湿度,还有频率。

基板绝缘部分由树脂和玻璃布组成,不管是E-gIass,还是NE-glass,介电常数都比树脂高。

树脂含量

树脂含量增加,树脂的介电常数比玻璃布小,介电常数减小。

树脂含量增加,树脂的损耗因子比玻璃布大,耗散因子增大。

当然,较低的树脂含量,有着较低的Z轴膨胀率,可以提高尺寸稳定性,抗翘曲。这里面有个取舍的问题。

温湿度

温度升高,树脂内电荷,极化等程度都提高,介电常数和损耗因子都增大。

湿度以吸水率来讲:

吸水率越高,水的介电常数达到70,介电常数增大。

吸水率越高,离子取向极化程度越高,损耗因子增大。

频率

频率升高,极性较强的树脂内电荷、离子等来不及进行排序,极化程度反而降低。介电常数随频率升高而减小。

频率升高,极性较强的树脂内电导和极化滞后效应越严重。损耗因子随频率升高而增大。

除了上面三大因素,还有一个铜箔粗糙度,不知道你们有没有想到?

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