為實現印制板的阻抗精確設計，通過設計阻抗測試圖形和借助阻抗模擬計算軟件，用迭代分析反推出介電常數，然后用介電常數再計算出理論阻抗，并將其與實際阻抗測試結果進行比較分析。結果表明：將試驗反推得出疊層結構中各不同介質的介電常數用于阻抗設計，理論設計阻抗值與實測阻抗值吻合。

　　引言

　　隨著電子行業的飛速發展，集成電路的集成度進一步提高，高頻信號以及高速數字信號對傳輸要求越來越高。印制電路板(PCB)已不僅要求產品的電氣通斷測試合格，而更關注產品的特性阻抗能否達到要求。目前阻抗公差要求已由±15%逐步向±10%、±8%、±5%發展，對PCB產品的特性阻抗匹配技術提出了更高的要求。

　　PCB的阻抗是板上電阻、電容、電感等的矢量綜合，其影響因素一般有介電常數、介質厚度、導線寬度、導線厚度4 個因素，有的阻抗影響因素還包括阻焊厚度、導線間距等。上述影響因素中，介質厚度、導線寬度、導線厚度、導線間距、阻焊厚度在前端阻抗設計可做調整，在生產中可實現精確管控。而介電常數通常由板材廠商提供，是介質材料的固有參數，一旦疊層結構確定，生產過程中無法再做調整。此外，該因素容易導致印制板實際阻抗與設計值偏差大，因此需要對介電常數進行精確的測定。現提出一種反推介電常數的方法，根據阻抗實測值和實物切片測量值，應用Polar 公司的CITS25阻抗計算軟件反推得出介電常數，阻抗設計時使用該介電常數可做到更精確的設計。

1、介電常數

　　介電常數是介電材料在空氣中的電容器電容與在真空狀態下的電容之比，如式(1)所示。

εr = C/C0(1)

　　式中，εr為介電常數;C為空氣中的電容器電容;C0為真空狀態下的電容器電容。

　　介電材料在空氣中的電容器電荷分布模型如圖1 所示。當介電材料在空氣中的電容器電荷分布越多，電容越大，從式(1)看出，表示介電常數越大。可見，介電常數表征的是材料儲存電能能力的大小。當其數值越大時，它儲存電能能力就越大，而按照式(2)計算，電路中電信號的傳輸速度就會變低。

圖1 空氣中電容器電荷分布模型

　　式中，V 為傳輸速度，K為常數，c 為光速，εr為介電常數。

　　介電常數借助專用儀器直接測量，測量方法有平行板法(Parallel Plate)、同軸探頭法(Coaxial Probe)、傳輸線法(Transmission Line)、自由空間法(Free-Space)、諧振腔體法(Resonant Cavity)等。這些測試方法均采用測試儀表并配套不同的探針或夾具才能進行。

　　印制板廠家通常采用平行板法測試，板材廠商提供的介電常數也基本是采用平行板法測得的。實際PCB 生產中層壓疊層結構會用到多種不同介質厚度的材料，每種材料介質厚度不一樣，樹脂玻璃布的組成也不一樣，因此介電常數相差很大。此外生產工藝上不同的疊層結構板面圖形殘銅率不同，導體間填充的樹脂含量不同等，均導致各層介質間的實際介電常數差異大，實際測量的阻抗值和預期值相差較大，因此板材廠商提供的介電常數值往往不能直接用于阻抗設計，要根據經驗做修正，需要采取間接測量的方法來精確界定介電常數。

4、結論

　　通過設計阻抗測試圖形，測試實際阻抗值再反推介電常數的方法，可以得出介質材料精確的介電常數值。將該介電常數值用于該介質材料疊構的阻抗設計上，可實現阻抗的精確匹配。