設計PCB時，材料的選擇往往是一門學問，特別是在高速SerDes通道的應用中，材料的選擇會直接影響訊號完整性、損耗控制以及成本。該選擇哪種材料？要不要用高級的低損耗板材？這些問題沒有標準答案，而是取決於通道的總體損耗預算(Channel Loss Budget)，以及你是否能透過設計來優化走線長度。本文就來聊聊，如何根據損耗規格來選擇最適合的PCB材料，讓你的設計兼顧性能與成本！

PCB材料怎麼選？先搞清楚你的損耗預算！

在高速訊號傳輸中，損耗是影響訊號品質的關鍵因素，而PCB走線的材料決定了訊號在傳輸過程中的損耗程度。一般來說，我們會先確認整個SerDes通道允許的最大損耗，然後逐步拆解，把這個損耗預算分配給通道上的每個部分，最後決定PCB走線該用什麼材料。

先拆解通道損耗規格

假設你的電路設計是ASIC(或GPU)透過PCB走線連接到Connector，而這條通道的最大損耗規格是9dB，那麼我們就可以開始拆帳：

• Via、BGA Breakout、Connector 這些部分都會產生額外的損耗，假設這些總共會帶來2dB的損耗
• 那麼剩下的損耗額度就只有7dB，可以留給PCB的走線。

現在，我們就要來根據走線長度，決定該選擇哪一種材料了！

材料 vs. 走線長度：如何取得最佳平衡？

在選擇PCB材料時，我們會根據走線長度與材料的損耗規格來做權衡。如果你的走線長度越長，那麼你就需要使用損耗更低的高級材料，但這樣成本會大幅增加。因此，減少走線長度，使走線損耗下降，材料就可以降規，成本更好，才是聰明的設計方式。

假設我們成功把走線縮短到比如8吋，那麼只要選擇0.9dB/inch的材料就可以達標，這樣不僅滿足規格，還能大幅降低PCB成本！

通常圍繞在以下這幾種方法來優化PCB材料：

• 縮短走線，透過：
  1. PCB Layout走線優化
  2. 機構/散熱Heat Sink定位孔的優化
  3. 晶片與連接器的擺放位置改善
• Core/PP厚度設計
• 增加訊號銅箔厚度

透過PCB疊構設計，達到更低損耗

Core/PP厚度設計

除了材料選擇，我們也可以透過改良PCB疊構設計，得到更低的PCB損耗。

在PCB製造中，基材主要由兩種材料組成：(我們在這裡曾經介紹過)

• Core(C-stage)： 預先壓合好的玻纖與樹脂結構，帶有固化的樹脂，提供PCB的機械強度與電氣性能。
• PP(Prepreg or B-stage)： 是尚未完全固化的樹脂玻纖層，主要用來壓合Core，並提供內層訊號線之間的電介質。

在PCB的內層訊號傳輸時，Core 和 PP 會分別位於走線的上下兩側，當訊號對上下的GND層的厚度增加，意即耦合強度減少，則損耗會下降：

✅ 電磁場能量與地層的耦合減少 → 走線的損耗降低。

✅ 適當增加Core/PP厚度 → 有效降低PCB的總體傳輸損耗。

常見的Core/PP組合有：

📚 3/3.5 mil

📚 4/4.5 mil

📚 5/5.5 mil

從數據分析來判斷：

• Core/PP較薄(如3/3.5 mil)：損耗較大，材料規格需較高。但可以降低PCB厚度，適合對厚度要求較嚴格的設計。
• Core/PP較厚(如5/5.5 mil)：能有效降低損耗，通常材料可以降階(10~20%成本差異)，但會增加PCB的總厚度，因此需要評估是否符合機構零組件或是機殼高度限制。

差動對線寬/線距設計

疊構設計還有很重要的一環是要決定傳輸線的結構，50Ohm單端走線要走多寬的線，100Ohm差動對的線寬線距要多少，在這邊就得決定。對於差動對而言，線寬/距的尺寸直接決定PCB走線空間、弱耦合與強耦合的選擇，以及損耗！

導線的電阻（R）由 長度（L）、寬度（W）、厚度（T） 以及 銅的電阻率（ρ） 共同決定，線越寬導線電阻就越低，對於高頻損耗而言會有幫助。

\( \Large R = \frac{\rho \cdot L}{W \cdot T}\)

不過雖然加寬走線可以降低損耗，但在實際應用中，還需要考慮以下因素：

✅ 阻抗匹配：線寬與阻抗有直接關係，加寬走線時需確保與85Ω、100Ω等標準差動對阻抗相匹配，以求最佳的訊號反射表現。

✅ 佔板空間：線寬增加會佔用更多PCB面積，直接影響Layout密度。

PCB材料實戰舉例

拿台光電的材料來舉例：

EM890在Core/PP=4/5mil的條件下，跟EM891在Core/PP=5/6mil的條件下，兩者的損耗是相同的，但是EM891卻有著相當好的價格，這就是前面我們在說的，透過改變Core/PP厚度配比，達到節省PCB材料價錢的方法！