是德科技高频高速PCB板全流程测试解决方案

简介

2025年，全球PCB市场迎来强势“牛市”，全球总产值将达到830亿美元，其中中国市场一马当先，占比近57.2%。

然而，随着大型服务器和6G通信的传输要求向112Gbps甚至更高速率迈进，“高频高速”已成为PCB行业的必争之地。随之而来的是更严格的材料Dk/Df 控制、更复杂的阻抗匹配以及更困难的信号完整性挑战。在机遇与挑战并存的当下，一块完美的高频高速PCB是如何“炼成”的？

本文将系统拆解从模拟、材料验证、研发到量产测试的全流程测试解决方案。

1、什么是高频高速PCB？

1.1 技术定义及核心参数

一般来说，高频PCB通常是指工作频率1GMHz的印刷电路板，广泛应用于GHz甚至毫米波频段。高速PCB是指信号速率10Gbps的数字电路，主要用于传输高速数字信号，如PCIe 5.0/6.0、DDR5/6等。

高频高速PCB的核心技术指标主要体现在材料性能和电气性能两个方面：

从材料特性来看

介电常数(Dk) 和介电损耗因数(Df) 是最关键的参数。理想的高频高速PCB基板要求Dk值在2.0-4.5范围内，批次间偏差需0.1，温度变化（-40-125）引起的Dk波动需5%。对Df值的要求更加严格，高频场景要求0.005（1GHz），28GHz毫米波场景要求0.002。

在电气性能方面

特性阻抗是传输线的核心参数之一。常见的目标阻抗值为50、75（单端）和100（差分）。在高频场景下，阻抗控制精度需要在5%以内，甚至更严格。阻抗匹配的重要性在于最大限度地提高从源到负载的信号能量传输并减少信号反射和损耗。

1.2 高频高速PCB的分类

高频高速PCB的分类体系可以从多个维度进行划分，包括基板类型、应用频率、数据传输速率等。

按基材类型主要分为三类：氟化物基材（主要是PTFE）、改性FR-4基材和陶瓷复合基材。除了这些类别外，还有一些基于其他特殊基材的PCB板。

从应用频率来看，高频高速PCB主要可分为：常规高频板（1-10GHz）、超高频板（10-30GHz）和毫米波板（30GHz）。

从信号传输速率来看，高频高速PCB还可分为：高速板（10-25Gbps）和超高速板（25Gbps以上）。

2、高频高速PCB技术发展趋势

高频高速PCB技术的发展呈现出明显的升级趋势，主要体现在材料技术、制造工艺和产品结构三个方面。

01在材料技术方面

该行业正在向更高性能的材料系统发展。具体表现为：铜箔升级为HVLP（超薄型铜箔）系列，满足AI服务器的低信号损耗要求；树脂正在向低介电损耗类型发展，包括碳氢树脂、聚苯醚（PPO）、聚四氟乙烯（PTFE）等，其中PTFE树脂预计2025年AI服务器需求量约为476吨；中低介电常数玻璃纤维布、石英布等因应高速通信需求增长迅速；作为高性能填料，2024年我国硅微粉需求量为41.8万吨，预计2025年将达到47.3万吨，增长13.2%。

02从制造工艺来看

PCB正在向高密度、高频、高速发展。技术指标不断提升：线宽精度突破至20m，覆铜板由M6/M7升级为M8/M9，技术壁垒不断提高。例如，国内某头部PCB厂商率先引入低损耗材料，并结合盲埋孔技术，实现了112Gbps的PCB信号传输速率，适应800G和1.6T光模块的需求。

03从产品结构来看

高端产品比重不断提高。高端多层板、HDI、同类载板、封装基板四大类高端品类合计增速为18.8%，远高于行业平均水平。据权威机构预测，2026年全球高多层/HDI新增有效产能将比2023年增长42%。这种产能结构的优化体现了行业高端化发展的趋势。

3、高频高速PCB测试

3.1 测试内容

高频高速PCB的电气特性测试是保证产品质量和性能的关键环节。其测试内容体系涵盖了从基本电参数到复杂信号完整性的多个维度。根据行业标准和实际应用需求，主要测试内容包括信号完整性测试和高频特性测试。

信号完整性测试是高频高速PCB测试的重要组成部分，因为它直接影响终端产品的性能。主要包括以下几项： 时域反射（TDR）测试，用于测量传输线阻抗和阻抗不连续性；时域传输（TDT）测试，分析传输线路中信号的衰减和延迟；眼图测试和抖动测试，包括随机抖动和确定性抖动。

在阻抗测试方面，需要特别注意特性阻抗的控制精度。特性阻抗的典型要求为50或75（单端）、100（差分），容差要求5%，频率响应平坦度2%。对于高速场景（例如32GT/s以上的信号），最好选择带宽20GHz的矢量网络分析仪（VNA）。与差分探头（例如Keysight N1021B）配对时，可以实现1% 的阻抗精度。

高频特性测试侧重于射频性能评估，主要包括：S参数测试（10MHz-110GHz甚至更高），如S11、S21测试。插入损耗和回波损耗是重要的PCB性能指标；相位噪声测试要求10kHz 频率偏差时-100dBc/Hz。这些指标直接反映了PCB在高频应用中的性能表现。

除上述主要测试项目外，还包括一些辅助测试内容：差分信号测试，包括FEXT（远端串扰）、NEXT（近端串扰）、PS_Crosstalk（功率和串扰）、ICR（同向串扰抑制比）、ICN（同向串扰噪声）等参数；时序参数测试，包括Jitter（抖动）、差分对延迟等；材料参数测试，包括介电常数（Dk）/介电损耗（Df）等。

3.2 测试挑战

高频高速PCB测试面临着材料特性、测试精度、校准和成本控制等多方面的技术挑战。

材料特性的测量和控制是主要挑战。高频高速PCB对材料的介电常数（Dk）和介电损耗（Df）有极其严格的要求。不仅要求数值低，而且要求温度和频率变化时保持稳定。然而，这些参数的测量本质上是困难的。例如，Dk值的批次偏差需要控制在0.1，温度变化（-40-125）引起的Dk波动需要5%。同时，不同批次材料的性能差异以及加工过程中材料性能的变化增加了测试的复杂性。

高频信号完整性测试是另一个重要挑战。在10GHz以上频段，材料的介电损耗（Df）和导体损耗导致信号衰减增大；阻抗允许误差要求更加严格，要求5%甚至更严格的容差要求；高密度布局和差分信号对之间的电磁耦合导致串扰严重，影响信号精度。尤其是在毫米波频段（28GHz以上），这些问题更加突出，这对测试设备的性能和测试方法的准确性提出了极高的要求。

校准是确保测试准确性的关键挑战。高频测试对环境因素极其敏感，温度变化、电磁干扰、机械振动等都会影响测试结果。例如，温度稳定性要求为0.01dB/，这对测试环境的恒温控制提出了很高的要求。同时，测试设备的校准也面临挑战，特别是在高频段。校准部件的准确性和校准方法的选择直接影响测试结果的可靠性。

成本控制和量产测试效率问题在工业生产中尤为重要。传统的手工测试方法效率低下，难以满足批量生产的需求。例如，传统的测试方法可能需要30 分钟/块，但使用自动化测试系统可以减少到5 分钟/块。然而，建立自动化测试系统需要大量的初始投资。如何在测试精度、测试效率和成本控制之间找到平衡点是PCB制造商面临的现实挑战。

为了应对这些挑战，业界正在开发多种创新解决方案：利用三维电磁仿真和测试数据对比技术，通过模型标定提高仿真精度，减少物理测试次数；引入机器学习算法，根据历史测试数据预测PCB性能；针对毫米波PCB，利用近场扫描技术实现电磁场分布可视化、准确定位阻抗异常等。

4. 是德科技高频高速PCB解决方案

4.1 高频高速PCB材料测试

“设计不动，材料先行”。高频高速PCB的性能以及产品的性能最终是由PCB本身所使用的材料决定的，如树脂、玻璃纤维、铜箔以及其他各种辅助材料。这些材料参数的准确值对于确保高频、高速PCB 的性能至关重要。是德科技的网络分析仪与专用测试夹具和软件相结合，可以在宽频率范围（110GHz 甚至更高）内精确测量PCB 材料的介电常数(Dk) 和介电损耗(Df)。

是德科技与合作伙伴提供的110G 高频材料测试系统

4.2 高频高速PCB特性仿真

•ZA0129AS PCB仿真软件专为10Gbps以上高速通道传输中的阻抗和损耗控制而设计。即使在数十层的高度堆叠设计中，它也可以准确预测PCB 阻抗和插入损耗特性。它包括综合材料数据库、叠层设计工具和阻抗/插入损耗计算器，所有这些都位于一个统一的系统中。使用该软件，可以在几分钟内完成阻抗和损耗的精确计算，避免耗时的原型设计和比较，减少重复试验和错误的次数，并帮助企业选择合适的材料以降低成本。它已被许多PCB制造商用作批量生产前PCB特性的模拟工具。

准确高效的高频高速PCB阻抗和损耗仿真ZA0129AS软件接口支持多个厂家的材料库

•先进设计系统（ADS）

除了ZA0129AS之外，是德科技还提供ADS高速电路仿真设计平台，该平台提供了完整的信号和电源完整性仿真解决方案。 ADS 软件的独特优势在于其协同仿真功能。通过PCB 和单个组件联合仿真，可以分析完整的芯片间链路，包括通道、电路或物理层。这种方法可以在设计前期发现潜在的问题，避免后期的重复修改。它是产品开发和设计工程师的必备工具。

4.3 高频高速PCB性能开发及验证测试

如前所述，高频高速PCB的特性阻抗和损耗、信号完整性（SI）和电源完整性（PI）都是研发过程中的关键测试项目。是德科技提供一系列高性能网络分析仪，这些分析仪针对高频、高速PCB 测试需求进行了优化和设计。是德科技的网络分析仪可以通过加载TDR选项来配备强大的时域分析功能，将频域测量数据转换为时域波形，从而实现阻抗不连续性的精确定位。这种联合时频域分析功能已成为诊断高速PCB 信号完整性问题的行业标准。

研发过程中除了使用网络子产品测试PCB的无源特性外，还会使用示波器来验证PCB的有源状态。是德科技的V 系列、Z 系列和UXR 高端示波器及各种探头是各种高频、高速PCB 和产品性能测试的强大工具。

4.4 高频高速PCB产线测试方案

在生产线上，每个厂家都会根据自己的产品良率采取不同的测试方法和策略。如果产品良率较高，可以采用抽样检测；如果产品良率较低，可以采用全测试策略。无论哪种测试策略，能够提高测试效率的自动化测试已经成为趋势。是德科技根据厂商的不同策略提供配套的测试解决方案。

基于N5227A 的单层PCB 手动测试基于N5227A 和开关矩阵的多层PCB 自动测试

总结

全球PCB市场，尤其是中国市场，呈现强劲增长态势。高频高速PCB作为技术发展方向，正向更高性能的材料、更精密的制造工艺、更高端的产品结构演变。同时，他们也面临着材料性能控制、阻抗和插损测试、高频信号完整性测试、多参数综合分析、成本控制等诸多挑战。

是德科技提供的完整高频高速材料和PCB仿真与测试解决方案在频率范围、测量精度、测试速度和智能化方面代表了业界领先水平，为高频高速PCB制造商的研发和生产提供了强有力的支持。

关于是德科技

是德科技（纽约证券交易所股票代码：KEYS）激励创新者并为其提供支持，帮助他们将改变世界的技术变为现实。作为标准普尔500 强公司，我们提供先进的设计、仿真和测试解决方案，旨在帮助工程师更快地开发和部署，同时控制整个产品生命周期的风险。我们的客户遍及全球通信、工业自动化、航空航天和国防、汽车、半导体和通用电子市场。我们与客户合作，加速创新，创造一个安全、互联的世界。