3. PCB 材料电性能参数概述

选 PCB 材料的时候，到底该盯哪些参数？很多人一上来就看 Dk 和 Df，这没错，但光看这两个还不够。我这些年经手过不少 RGMII 的板子，踩过坑才慢慢摸清楚：这几个电性能参数，每个都会卡住你的信号质量。

先把核心参数列出来，后面一个个说清楚：

• 介电常数（Dk）—— 控制阻抗和传播速度
• 损耗因子（Df）—— 决定介质衰减
• 玻璃化转变温度（Tg）—— 影响热可靠性和阻抗稳定性
• 热膨胀系数（CTE）—— 特别是 Z 轴，过孔杀手
• 吸湿性 —— 湿气进来后 Dk、Df 全变
• 铜箔粗糙度 —— 高频时额外损耗的来源

3.1 介电常数（Dk）

Dk 全称是相对介电常数。简单说，它决定了信号在介质里跑多快、特性阻抗有多大。公式大家都知道：\( v = c / \sqrt{Dk} \)，\( Z_0 \propto 1 / \sqrt{Dk} \)。

RGMII 是 125 MHz 的 DDR 信号，上升沿大概 0.5 ns ~ 1 ns。这时候 Dk 的影响主要在两方面：

• 阻抗偏差：Dk 变 0.3，差分阻抗就能偏 5 Ω 左右。RGMII 要求 100 Ω 差分，超了 10% 反射明显增加。
• 时序偏移：Dk 不均匀，同一个字节内的 bits 传播时延不同，建立/保持时间裕量被吃掉。

3.2 损耗因子（Df）

Df 也叫介质损耗角正切。说白了就是信号能量在介质里转成热的部分。对 RGMII 这种百兆级信号，走线长不超过 10 英寸，Df 的直接衰减不算大。但高频谐波会受影响——RGMII 时钟的 5 次谐波已经到了 625 MHz，Df > 0.02 的材料在这个频段损耗明显增加，眼高下降。

我的经验阈值： RGMII 走线长度 > 6 英寸时，Df 必须 ≤ 0.015。否则眼图张开度可能会掉 15% 以上。

3.3 玻璃化转变温度（Tg）

Tg 是材料从硬玻璃态变软橡胶态的温度。它不直接参与电性能，但影响加工后的阻抗稳定性。

• Tg ≥ 170°C（中 Tg）的板材，在无铅回流焊（260°C）前后尺寸变化小。
• Tg 低的 FR-4（130°C 左右），过炉后 Z 轴膨胀明显，铜箔与树脂界面应力大，差分阻抗一致性变差。

3.4 热膨胀系数（CTE）

CTE 分 X/Y 平面和 Z 轴。X/Y 轴 CTE 需要和铜箔匹配（铜 CTE 约 17 ppm/°C），否则热循环后走线会凸起或断裂。Z 轴 CTE 更关键——RGMII 走线上下换层的地方，Z 轴膨胀会把过孔拉长，造成孔壁微裂纹。

• Z 轴 CTE < 70 ppm/°C（Tg 以下）算安全。
• 大于这个值，过孔可靠性下降，一般量产 1000 次温循后阻抗变化可能超 5%。

3.5 吸湿性

材料吸水后 Dk 和 Df 都会变高。水的 Dk 约 80，哪怕吸 0.5% 的水分，Dk 能飙升 0.3 ~ 0.5。RGMII 的时序 margin 本来就不宽，吸水后传播时延变化可能直接导致建立时间违规。

• 吸水率 < 0.1%（按 IPC-TM-650 2.6.2.1）的材料才算合格。
• 我记得有一款国产 FR-4 吸水率标称 0.15%，实际用了半年夏季湿度大，RGMII 误码率飙升。

3.6 铜箔粗糙度

铜箔表面粗糙度（Rz）影响趋肤效应损耗。RGMII 虽然频率不高，但上升沿含高频分量，粗糙度大的铜箔会使等效电阻增加，信号幅度衰减。一般来说，Rz < 5 μm 的压延铜箔对 RGMII 影响很小；10 μm 以上的电解铜箔需要补偿走线宽度。

参数影响总览

参数	对 RGMII 信号质量的影响等级	关键阈值（我的经验值）
Dk 稳定性	高	波动 ≤ 0.2
Df	中（走线长时高）	≤ 0.015（> 6 英寸）
Tg	中（影响量产一致性）	≥ 170°C
Z 轴 CTE	中（过孔可靠性和阻抗稳定）	< 70 ppm/°C
吸湿性	高（环境影响不可忽视）	< 0.1%
铜箔粗糙度 Rz	低~中（取决于走线长度）	< 5 μm