SI基础知识：说一说玻纤布规格（如1078）的具体含义，以及等效Dk计算

news2024/11/20 4:47:44

玻纤布的编织包含经向和纬向两个不同的方向，这些玻璃布并没有被紧密放置在一起，在玻纤布上会有开窗，而且经向开窗和纬向开窗大小不同。

IPC定义了每种玻纤布的编织密度以及所用玻璃丝的规格，如下图所示。

看上面的表格，1078玻布，Fabric Count就是每inch经向和纬向分别有多少束玻璃丝，54 x 54就是经向和纬向分别都有54束，yarn指的是纱，D450 1/0中D指的是纱丝直径5um，450指的是每磅码数除以 100，应该是重量，1/0代表single yarn end（单纱头）。

树脂和玻纤布的Dk差异很大，E-glass的Dk大约在6.8，low-Dk glass大概在4.8，而大多数PCB材料所用的树脂Dk是2.7-3.0，所以不管是常规的E布和low-Dk玻布，其Dk都是跟树脂有很大差异的。当差分对中的一条线分布在玻纤束上，另一条分布在开窗上时（即分布在树脂上），两条线的电场会穿透不同的材料，感知到的Dk也会不同，结果就是差分对内产生skew，Dk差异越大，skew越大。

下图是一个实际的PCB横截面，白点就是玻璃丝。首先，玻璃束轮廓近似椭圆形。在轮廓内，白点没有完全填充整个区域。这意味着玻璃丝并没有紧密堆叠在椭圆形轮廓中。玻璃束体积内的物体是玻璃丝和树脂的混合物，而不是纯玻璃。由于在传统的建模方法中，玻璃束被建模为实心块，那么该块的材料不是纯玻璃，而是玻璃和树脂的混合物。具体到材料的Dk，纯玻璃Dk应用于玻璃束会夸大DK，不适合建模。如果模型中的Dk大于实际Dk，则T线阻抗将低于实际值。

由于真实玻璃束块的体积由玻璃丝和树脂组成，直观的方法是将玻璃丝包含在模型中，但如上所述，3D模型将过于复杂而难以求解。从建模角度来看，一种实用的方法是使用玻璃丝和树脂的有效 Dk 进行建模。

有效Dk的计算公式如下：

$\varepsilon _{e}$ 表示有效Dk， $\varepsilon _{r}$ 表示树脂Dk， $\varepsilon _{g}$ 表示玻璃Dk， $V _{r}$ 表示树脂的体积， $V _{g}$ 表示玻璃的体积。已知树脂和玻璃的Dk，那么问题就是需要得到玻璃和树脂的体积比。体积比可以转换为横截面中的面积比。在最上面的表格中，IPC定义了玻璃丝的直径和数量，那么可以计算出横截面中玻璃丝的面积，玻璃束的宽度和厚度可以通过测试获取，这样就可以计算出一个玻璃束中玻璃和树脂的体积比。下表展示了常见玻布的体积比数据，可以看出玻璃束中有近一半的体积都是树脂。