高頻 PCB 插入損耗測(cè)試實(shí)戰(zhàn)：設(shè)備校準(zhǔn)到優(yōu)化方案，損耗降 40%
來源：捷配
時(shí)間: 2025/12/04 09:35:30
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一、引言
隨著 5G 通信、毫米波雷達(dá)等技術(shù)在消費(fèi)電子、汽車電子領(lǐng)域的普及，PCB 工作頻率已從 GHz 級(jí)躍升至數(shù)十 GHz 級(jí)，插入損耗成為制約信號(hào)傳輸質(zhì)量的核心指標(biāo)。插入損耗（Insertion Loss, IL）是信號(hào)通過 PCB 傳輸后幅度的衰減程度，行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)工作頻率達(dá)到 28GHz 時(shí)，普通 FR4 板材的插入損耗可達(dá) 0.8dB/inch，遠(yuǎn)超 5G 設(shè)備允許的 0.4dB/inch 上限，直接導(dǎo)致信號(hào)傳輸距離縮短、誤碼率上升。某 5G 路由器廠商曾因插入損耗測(cè)試不精準(zhǔn)，批量生產(chǎn)后產(chǎn)品信號(hào)衰減超標(biāo)，返工損失超千萬元。捷配作為深耕高頻 PCB 制造的協(xié)同平臺(tái)，配備是德科技 N5230C 網(wǎng)絡(luò)分析儀、MU 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)等專業(yè)設(shè)備，建立了符合 IPC-TM-650 2.5.5.1 標(biāo)準(zhǔn)的插入損耗測(cè)試體系。本文從測(cè)試原理、設(shè)備操作、數(shù)據(jù)解讀、優(yōu)化方案四個(gè)維度，提供可落地的高頻 PCB 插入損耗測(cè)試實(shí)戰(zhàn)指南，助力測(cè)試工程師精準(zhǔn)把控?fù)p耗指標(biāo)。
二、核心技術(shù)解析：插入損耗的測(cè)試原理與影響因素
2.1 插入損耗的核心定義與測(cè)試原理
插入損耗是指信號(hào)從輸入端傳輸至輸出端的功率衰減，計(jì)算公式為 IL=10lg (Pin/Pout)（單位：dB），其本質(zhì)是信號(hào)在傳輸過程中因介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗、輻射損耗導(dǎo)致的能量損失。高頻場(chǎng)景下，介質(zhì)損耗（因板材介電常數(shù)損耗因子導(dǎo)致）和導(dǎo)體損耗（因趨膚效應(yīng)導(dǎo)致）占比超 90%。
插入損耗測(cè)試遵循 “雙端口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)測(cè)試” 原理，采用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量 S21 參數(shù)（傳輸系數(shù)），S21 參數(shù)的分貝值即為插入損耗。測(cè)試需滿足 “校準(zhǔn) - 測(cè)量 - 驗(yàn)證” 流程，校準(zhǔn)精度直接決定測(cè)試結(jié)果可靠性，常用校準(zhǔn)方法包括 SOLT（短路 - 開路 - 負(fù)載 - 直通）校準(zhǔn)，符合 IPC-TM-650 2.5.5.1 標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.2 高頻 PCB 插入損耗的關(guān)鍵影響因素
- 板材特性：介電常數(shù)（εr）和損耗因子（tanδ）是核心參數(shù)，εr 越大、tanδ 越高，插入損耗越嚴(yán)重。羅杰斯 RO4350B 板材（tanδ=0.0037@10GHz）較普通 FR4 板材（tanδ=0.02@10GHz）插入損耗降低 65%，是高頻場(chǎng)景優(yōu)選。
- 傳輸線設(shè)計(jì)：線寬、線距、介質(zhì)厚度影響損耗，50Ω 微帶線（羅杰斯 RO4350B，εr=3.48）線寬 0.3mm、介質(zhì)厚度 0.2mm 時(shí)，插入損耗最低；線寬過窄（＜0.2mm）會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體損耗激增。
- 工藝水平：銅厚均勻性、阻焊層質(zhì)量影響損耗，銅厚 1oz（35μm）且均勻性 ±10% 時(shí)，趨膚效應(yīng)損耗最??；阻焊層氣泡、厚度不均會(huì)增加介質(zhì)損耗。
- 環(huán)境條件：溫度升高會(huì)導(dǎo)致板材 tanδ 增大，25℃至 85℃環(huán)境下，普通 FR4 板材插入損耗增加 20%-30%，需考慮環(huán)境可靠性測(cè)試。
2.3 捷配高頻 PCB 測(cè)試的核心保障
捷配構(gòu)建了 “專業(yè)設(shè)備 + 標(biāo)準(zhǔn)流程 + 資深團(tuán)隊(duì)” 的插入損耗測(cè)試體系：配備是德科技 N5230C 網(wǎng)絡(luò)分析儀（測(cè)試頻率范圍 300kHz-20GHz）、微波探針臺(tái)（定位精度 ±1μm），滿足高頻測(cè)試需求；遵循 IPC-TM-650 2.5.5.1 標(biāo)準(zhǔn)，建立 “校準(zhǔn) - 抽樣 - 測(cè)試 - 分析” 全流程規(guī)范；擁有 20 + 名資深測(cè)試工程師，具備 10 年以上高頻 PCB 測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可精準(zhǔn)解讀測(cè)試數(shù)據(jù)并提供優(yōu)化建議。
三、實(shí)操方案：高頻 PCB 插入損耗測(cè)試全流程步驟
3.1 測(cè)試前準(zhǔn)備：設(shè)備校準(zhǔn)與樣品預(yù)處理
- 操作要點(diǎn)：完成網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)，確保測(cè)試精度；對(duì) PCB 樣品進(jìn)行預(yù)處理，去除表面雜質(zhì)與氧化層。
- 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：采用 SOLT 校準(zhǔn)法，校準(zhǔn)頻率范圍覆蓋測(cè)試目標(biāo)頻率（如 5G 場(chǎng)景 2.4-28GHz），校準(zhǔn)后端口反射系數(shù)≤-40dB；樣品預(yù)處理采用無水乙醇擦拭表面，干燥后放置于 25℃、50% RH 環(huán)境中平衡 2 小時(shí)，符合 IPC-TM-650 2.6.2 標(biāo)準(zhǔn)。
- 工具 / 材料：是德科技 N5230C 網(wǎng)絡(luò)分析儀、SOLT 校準(zhǔn)件（Keysight 85033E）、無水乙醇、無塵布、恒溫恒濕箱。
3.2 測(cè)試參數(shù)設(shè)置與樣品固定
- 操作要點(diǎn)：根據(jù) PCB 參數(shù)設(shè)置測(cè)試頻率、功率、掃頻點(diǎn)數(shù)；采用微波探針臺(tái)固定樣品，確保探針與焊盤良好接觸。
- 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)試頻率步長(zhǎng)≤1GHz，避免遺漏關(guān)鍵頻段損耗突變點(diǎn)；測(cè)試功率設(shè)置為 0dBm（避免信號(hào)過強(qiáng)損傷樣品）；探針壓力控制在 5-10g，接觸電阻≤0.1Ω，探針定位偏差≤±1μm。
- 工具 / 材料：微波探針臺(tái)（Cascade Microtech Summit 12000）、射頻探針（GGB Industries 150μm pitch）、網(wǎng)絡(luò)分析儀操作軟件（Keysight PathWave）。
3.3 插入損耗測(cè)量與數(shù)據(jù)記錄
- 操作要點(diǎn)：執(zhí)行 S21 參數(shù)測(cè)量，記錄不同頻率下的插入損耗值；重復(fù)測(cè)量 3 次，取平均值以降低隨機(jī)誤差。
- 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)量頻率范圍需覆蓋 PCB 實(shí)際工作頻率（如消費(fèi)電子 2.4-5GHz，5G 基站 24-28GHz）；重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差≤0.05dB，確保數(shù)據(jù)可靠性；記錄數(shù)據(jù)需包含頻率（GHz）、插入損耗（dB）、測(cè)試時(shí)間、環(huán)境溫濕度等信息。
- 工具 / 材料：數(shù)據(jù)記錄軟件（Excel 或 Keysight Data Viewer）、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀（溫濕度精度 ±0.5℃/±2% RH）。
3.4 數(shù)據(jù)解讀與損耗溯源
- 操作要點(diǎn)：繪制插入損耗 - 頻率曲線，分析損耗變化趨勢(shì)；結(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)，追溯損耗超標(biāo)的根源。
- 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：插入損耗需滿足產(chǎn)品規(guī)格要求（如 5G PCB 在 28GHz 時(shí) IL≤0.4dB/inch）；若損耗超標(biāo)，需判斷是介質(zhì)損耗（隨頻率遞增呈指數(shù)增長(zhǎng)）、導(dǎo)體損耗（隨頻率平方根遞增）還是輻射損耗（高頻段突變）；參考 IPC-2141 標(biāo)準(zhǔn)，通過損耗曲線斜率區(qū)分損耗類型。
- 工具 / 材料：數(shù)據(jù)分析軟件（Origin 或 MATLAB）、PCB 設(shè)計(jì)文件（Gerber、BOM 表）、工藝參數(shù)記錄表。
五、總結(jié)建議
高頻 PCB 插入損耗測(cè)試的核心是 “精準(zhǔn)測(cè)量 + 溯源優(yōu)化”，測(cè)試工程師在實(shí)操中需重點(diǎn)關(guān)注三點(diǎn)：一是設(shè)備校準(zhǔn)，采用 SOLT 校準(zhǔn)法確保測(cè)試精度，避免因校準(zhǔn)不當(dāng)導(dǎo)致誤判；二是樣品預(yù)處理，控制環(huán)境溫濕度與表面清潔度，減少外界因素干擾；三是數(shù)據(jù)解讀，結(jié)合損耗曲線與設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)，精準(zhǔn)定位損耗根源。
捷配在高頻 PCB 插入損耗測(cè)試與優(yōu)化方面具備顯著優(yōu)勢(shì)：配備是德科技、Cascade Microtech 等高端測(cè)試設(shè)備，遵循 IPC-TM-650 標(biāo)準(zhǔn)，可提供從測(cè)試到優(yōu)化的一站式服務(wù)；其羅杰斯 PCB、5G 沉金 PCB 等產(chǎn)品采用低損耗板材與精準(zhǔn)工藝，插入損耗控制在行業(yè)領(lǐng)先水平；支持免費(fèi)打樣與測(cè)試數(shù)據(jù)共享，助力企業(yè)在研發(fā)階段快速優(yōu)化損耗指標(biāo)。對(duì)于未來超高頻（60GHz 以上）PCB 的發(fā)展趨勢(shì)，可關(guān)注捷配的毫米波 PCB 測(cè)試能力，其即將引入的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（測(cè)試頻率達(dá) 110GHz），將滿足更嚴(yán)苛的插入損耗測(cè)試需求。
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