AI时代，高频高速PCB板是如何炼成的? ——测试篇
发布时间: 2026-01-29 15:40:42 浏览数:
2025年，全球PCB市场正迎来一波强劲的“牛市”，全球总产值已达830亿美金，而其中中国市场独占鳌头，拿下了将近57.2%的份额。
但随着大模型服务器、6G通信对传输的要求向112Gbps甚至更高的速率迈进，“高频高速”已成为PCB行业的必争之地。与之一同到来的是更严苛的材料Dk/Df控制，更复杂的阻抗匹配，以及更棘手的信号完整性挑战。在这个机遇与挑战并存的时刻，一块完美的高频高速PCB究竟是如何“炼”成的？
本期文章将为您系统拆解从仿真、材料验证、研发到量产测试的全流程测试方案。
一、什么是高频高速 PCB ？
1.1 技术定义与核心参数
通常来说，高频 PCB 通常指工作频率≥1GMHz 的印制电路板，广泛应用于 GHz 甚至毫米波频段。而高速 PCB 则是指信号速率≥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表现在材料特性和电气性能两个方面：
在材料特性方面：
介电常数(Dk)和介质损耗因子(Df)是最关键的参数。理想的高频高速PCB基材要求Dk值在2.0-4.5范围内，且批次间偏差需士0.1，温度变化(-40C-125C)导致的Dk波动需5%。Df值的要求更为严格，高频场景下需0.005(1GHz时)，28GHz毫米波场景下需0.002。
在电气性能方面：
特性阻抗是传输线最核心的参数之一，常见的目标阻抗值为50O、75S(单端)和100Q(差分)，高频场景下阻抗控制精度需达到土5%以内，甚至更严格。阻抗匹配的重要性在于信号能量可以最大化地从源传输到负载，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，包括基材类型、应用频率、数据传输速率等。
根据基材类型主要分为三大类:氟化物类基材(PTFE为主)、改性FR-4类基材和陶瓷复合类基材。除了这些外类别外，也有一些基于其它特殊基材混合的PCB板。
从应用频率角度，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 ）。
从信号传输速率角度，高频高速 PCB 还可以分为：高速板（10-25Gbps）和超高速板（25Gbps 以上）。
二、高频高速 PCB 技术发展趋势
高频高速 PCB 技术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
行业正向更高性能的材料体系演进。具体表现为：铜箔向 HVLP（超低轮廓铜箔）系列升级，满足 AI 服务器低信号损耗需求；树脂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 年在 AI 服务器中需求约 476 吨；玻纤布中低介电常数和石英布因应高速通信需求快速增长；硅微粉作为高性能填料，2024 年中国需求量 41.8 万吨，预计 2025 年达 47.3 万吨，增长 13.2%。
02在制造工艺方面
PCB 正向高密度、高频高速演进。技术指标不断提升：线宽精度向≤20μm 突破，覆铜板从 M6/M7 向 M8/M9 升级，技术壁垒持续提升。例如，某国内头部PCB厂商率先引入低损耗材料，结合盲埋孔技术实现 PCB 信号传输速率达 112Gbps，适配 800G、1.6T 光模块需求。
03在产品结构方面
高端产品占比持续提升。高多层板、HDI、类载板、封装基板四大高端品类合计增速 18.8%，远高于行业平均水平。根据权威机构预测，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反映了行业向高端化发展的趋势。
三、高频高速 PCB 的测试
3.1 测试内容
高频高速 PCB 的电气特性测试是确保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气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两大类。
信号完整性测试是高频高速 PCB 测试的重要环节，因为其直接影响了终端产品的性能，主要包括以下项目：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，分析信号在传输线中的衰减和时延；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，需要特别关注特性阻抗的控制精度。特性阻抗的典型要求为 50Ω 或 75Ω（单端）、100Ω（差分），公差要求 ±5%，频率响应平坦度 ±2%。对于高速场景（如 32GT/s 以上信号），优先选择带宽≥20GHz 的矢量网络分析仪（VNA），搭配差分探头（如 Keysight N1021B）可实现 ±1% 的阻抗精度。
高频特性测试则专注于射频性能评估，主要包括：S 参数测试（10MHz-110GHz甚至更高），如S11和S21的测试，插入损耗和回波损耗都是PCB重要的性能指标；相位噪声测试，要求在 10kHz 频偏处≤-100dBc/Hz。这些指标直接反映了 PCB 在高频应用中的性能表现。
除了上述主要测试项目，还包括一些辅助性测试内容：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）、差分对延时等；材料参数测试，包括介电常数（Dk）/ 介质损耗（Df）等。
3.2 测试的挑战
高频高速 PCB 测试面临着诸多技术挑战，这些挑战源于材料特性、测试准确度、校准和成本控制等多个方面。
材料特性的测量和控制是首要挑战。高频高速 PCB 对材料的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）要求极为严格，不仅要求数值低，更要求在温度、频率变化时保持稳定。然而，这些参数的测量本身就存在很大难度。例如，Dk 值的批次间偏差需控制在≤±0.1，温度变化（-40℃-125℃）导致的 Dk 波动需≤5%。同时，不同批次材料的特性差异、加工过程中材料特性的变化等都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加剧；阻抗允许误差要求更严苛，需要达到 ±5% 甚至更严格的容差要求；高密度布局和差分信号对间的电磁耦合导致串扰严重，影响信号准确性。特别是在毫米波频段（28GHz 以上），这些问题更加突出，对测试设备的性能和测试方法的精度提出了极高要求。
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为敏感，温度变化、电磁干扰、机械振动等都会影响测试结果。例如，温度稳定性要求达到 ±0.01dB/°C，这对测试环境的恒温控制提出了很高要求。同时，测试设备的校准也面临挑战，特别是在高频段，校准件的精度、校准方法的选择等都直接影响测试结果的可靠性。
成本控制和量产测试的效率问题在工业化生产中尤为重要。传统的人工测试方法效率低下，难以满足大规模生产的需求。例如，传统的测试方法可能需要 30 分钟 / 块，而采用自动化测试系统可以缩短至 5 分钟 / 块。但是，建立自动化测试系统需要大量的前期投入，如何在测试精度、测试效率和成本控制之间找到平衡，是 PCB 制造商面临的现实挑战。
为应对这些挑战，行业正在发展多种创新解决方案：采用三维电磁仿真与测试数据比对技术，通过模型校准提高仿真精度，减少物理测试次数；引入机器学习算法，基于历史测试数据预测 PCB 性能；对于毫米波 PCB，采用近场扫描技术，可视化电磁场分布，精确定位阻抗异常点等。
四、是德科技的高频高速 PCB 解决方案
4.1 高频高速PCB材料测试
“设计未动，材料先行”，高频高速PCB性能和产品的性能，最终决定于PCB本身使用的材料，树脂，玻纤和铜箔以及其它各种辅料。这些材料参数的准确数值对于确保高频高速 PCB 的性能至关重要。Keysight的网络分析仪配合专用的测试夹具和软件，能够在宽频率范围内（110GHz甚至更高）精确测量 PCB 材料的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）。
Keysight与合作伙伴共同提供的110G高频材料测试系统
4.2高频高速 PCB 特性仿真
ZA0129AS PCB仿真软件针对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叠层设计中也能精确预测 PCB 阻抗和插损特性。它包括一个综合材料数据库、叠层设计工具和阻抗 / 插入损耗计算器，所有功能都集成在一个统一的系统中。使用该软件，可以在几分钟内搞定阻抗和损耗的精确计算，避免了耗时的原型制作和比较，减少了重复试错的次数，帮助企业选择合适的材料从而降低成本。目前已经被很多PCB厂家作为量产前PCB特性的仿真工具。
精准高效的高频高速PCB阻抗与损耗仿真ZA0129AS软件界面，支持多个厂家的材料库
先进设计系统（Advanced Design System，ADS）
除了ZA0129AS以外，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与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能力。通过PCB和单个元器件协同仿真，可以分析完整的芯片间链路，包括通道、电路或物理层。这种方法能够在设计早期发现潜在问题，避免后期的反复修改，是产品研发设计工程师的必备工具。
4.3 高频高速PCB 性能研发与验证测试
前面已经提到，高频高速PCB的特性阻抗与损耗，信号完整性（SI）与电源完整性（PI）等都是在研发过程中要重点测试的项目。是德科技提供了一系列高性能网络分析仪，专门针对高频高速 PCB 测试需求进行了优化设计。是德科技的网络分析仪可以通过加载TDR选件，具备强大的时域分析功能，将频域测量数据转换为时域波形，实现对阻抗不连续性的精确定位。这种时域 - 频域联合分析能力已经成为诊断高速 PCB 的信号完整性问题的行业标准。
除了利用网分产品测试PCB无源特性之外，研发过程中还会使用示波器对PCB在有源状态下做验证。是德科技的V系列，Z系列以及UXR高端示波器及各种探头，是各种高频高速PCB及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，各个厂家会根据自己的产品良率采用不同的测试方法和策略，如产品良率较高，可能会采取抽样测试；产品良率较低，可能会采用全测的策略。无论是什么样的测试策略，能够提高测试效率的自动化测试已经成为一个趋势，是德科技根据厂家的不同策略提供相匹配的测试方案。
基于N5227A的单层PCB手动测试 基于N5227A及开关矩阵的多层PCB自动化测试
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，向更高性能材料、更精密制造工艺和更高端产品结构演进，同时也面临着包括材料特性控制、阻抗和插损测试、高频信号完整性测试、多参数综合分析和成本控制等诸多挑战。
是德科技提供的完整的高频高速材料及PCB仿真和测试方案，在频率范围、测量精度、测试速度和智能化程度等方面都代表了业界领先水平，为高频高速PCB厂家的研发和生产提供坚强的后盾。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，向更高性能材料、更精密制造工艺和更高端产品结构演进，同时也面临着包括材料特性控制、阻抗和插损测试、高频信号完整性测试、多参数综合分析和成本控制等诸多挑战。
是德科技提供的完整的高频高速材料及PCB仿真和测试方案，在频率范围、测量精度、测试速度和智能化程度等方面都代表了业界领先水平，为高频高速PCB厂家的研发和生产提供坚强的后盾。
文章来源：是德科技
但随着大模型服务器、6G通信对传输的要求向112Gbps甚至更高的速率迈进，“高频高速”已成为PCB行业的必争之地。与之一同到来的是更严苛的材料Dk/Df控制，更复杂的阻抗匹配，以及更棘手的信号完整性挑战。在这个机遇与挑战并存的时刻，一块完美的高频高速PCB究竟是如何“炼”成的？
本期文章将为您系统拆解从仿真、材料验证、研发到量产测试的全流程测试方案。
一、什么是高频高速 PCB ？
1.1 技术定义与核心参数
通常来说，高频 PCB 通常指工作频率≥1GMHz 的印制电路板，广泛应用于 GHz 甚至毫米波频段。而高速 PCB 则是指信号速率≥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表现在材料特性和电气性能两个方面：
在材料特性方面：
介电常数(Dk)和介质损耗因子(Df)是最关键的参数。理想的高频高速PCB基材要求Dk值在2.0-4.5范围内，且批次间偏差需士0.1，温度变化(-40C-125C)导致的Dk波动需5%。Df值的要求更为严格，高频场景下需0.005(1GHz时)，28GHz毫米波场景下需0.002。
在电气性能方面：
特性阻抗是传输线最核心的参数之一，常见的目标阻抗值为50O、75S(单端)和100Q(差分)，高频场景下阻抗控制精度需达到土5%以内，甚至更严格。阻抗匹配的重要性在于信号能量可以最大化地从源传输到负载，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，包括基材类型、应用频率、数据传输速率等。
根据基材类型主要分为三大类:氟化物类基材(PTFE为主)、改性FR-4类基材和陶瓷复合类基材。除了这些外类别外，也有一些基于其它特殊基材混合的PCB板。
从应用频率角度，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 ）。
从信号传输速率角度，高频高速 PCB 还可以分为：高速板（10-25Gbps）和超高速板（25Gbps 以上）。
二、高频高速 PCB 技术发展趋势
高频高速 PCB 技术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
行业正向更高性能的材料体系演进。具体表现为：铜箔向 HVLP（超低轮廓铜箔）系列升级，满足 AI 服务器低信号损耗需求；树脂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 年在 AI 服务器中需求约 476 吨；玻纤布中低介电常数和石英布因应高速通信需求快速增长；硅微粉作为高性能填料，2024 年中国需求量 41.8 万吨，预计 2025 年达 47.3 万吨，增长 13.2%。
02在制造工艺方面
PCB 正向高密度、高频高速演进。技术指标不断提升：线宽精度向≤20μm 突破，覆铜板从 M6/M7 向 M8/M9 升级，技术壁垒持续提升。例如，某国内头部PCB厂商率先引入低损耗材料，结合盲埋孔技术实现 PCB 信号传输速率达 112Gbps，适配 800G、1.6T 光模块需求。
03在产品结构方面
高端产品占比持续提升。高多层板、HDI、类载板、封装基板四大高端品类合计增速 18.8%，远高于行业平均水平。根据权威机构预测，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反映了行业向高端化发展的趋势。
三、高频高速 PCB 的测试
3.1 测试内容
高频高速 PCB 的电气特性测试是确保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气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两大类。
信号完整性测试是高频高速 PCB 测试的重要环节，因为其直接影响了终端产品的性能，主要包括以下项目：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，分析信号在传输线中的衰减和时延；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，需要特别关注特性阻抗的控制精度。特性阻抗的典型要求为 50Ω 或 75Ω（单端）、100Ω（差分），公差要求 ±5%，频率响应平坦度 ±2%。对于高速场景（如 32GT/s 以上信号），优先选择带宽≥20GHz 的矢量网络分析仪（VNA），搭配差分探头（如 Keysight N1021B）可实现 ±1% 的阻抗精度。
高频特性测试则专注于射频性能评估，主要包括：S 参数测试（10MHz-110GHz甚至更高），如S11和S21的测试，插入损耗和回波损耗都是PCB重要的性能指标；相位噪声测试，要求在 10kHz 频偏处≤-100dBc/Hz。这些指标直接反映了 PCB 在高频应用中的性能表现。
除了上述主要测试项目，还包括一些辅助性测试内容：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）、差分对延时等；材料参数测试，包括介电常数（Dk）/ 介质损耗（Df）等。
3.2 测试的挑战
高频高速 PCB 测试面临着诸多技术挑战，这些挑战源于材料特性、测试准确度、校准和成本控制等多个方面。
材料特性的测量和控制是首要挑战。高频高速 PCB 对材料的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）要求极为严格，不仅要求数值低，更要求在温度、频率变化时保持稳定。然而，这些参数的测量本身就存在很大难度。例如，Dk 值的批次间偏差需控制在≤±0.1，温度变化（-40℃-125℃）导致的 Dk 波动需≤5%。同时，不同批次材料的特性差异、加工过程中材料特性的变化等都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加剧；阻抗允许误差要求更严苛，需要达到 ±5% 甚至更严格的容差要求；高密度布局和差分信号对间的电磁耦合导致串扰严重，影响信号准确性。特别是在毫米波频段（28GHz 以上），这些问题更加突出，对测试设备的性能和测试方法的精度提出了极高要求。
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为敏感，温度变化、电磁干扰、机械振动等都会影响测试结果。例如，温度稳定性要求达到 ±0.01dB/°C，这对测试环境的恒温控制提出了很高要求。同时，测试设备的校准也面临挑战，特别是在高频段，校准件的精度、校准方法的选择等都直接影响测试结果的可靠性。
成本控制和量产测试的效率问题在工业化生产中尤为重要。传统的人工测试方法效率低下，难以满足大规模生产的需求。例如，传统的测试方法可能需要 30 分钟 / 块，而采用自动化测试系统可以缩短至 5 分钟 / 块。但是，建立自动化测试系统需要大量的前期投入，如何在测试精度、测试效率和成本控制之间找到平衡，是 PCB 制造商面临的现实挑战。
为应对这些挑战，行业正在发展多种创新解决方案：采用三维电磁仿真与测试数据比对技术，通过模型校准提高仿真精度，减少物理测试次数；引入机器学习算法，基于历史测试数据预测 PCB 性能；对于毫米波 PCB，采用近场扫描技术，可视化电磁场分布，精确定位阻抗异常点等。
四、是德科技的高频高速 PCB 解决方案
4.1 高频高速PCB材料测试
“设计未动，材料先行”，高频高速PCB性能和产品的性能，最终决定于PCB本身使用的材料，树脂，玻纤和铜箔以及其它各种辅料。这些材料参数的准确数值对于确保高频高速 PCB 的性能至关重要。Keysight的网络分析仪配合专用的测试夹具和软件，能够在宽频率范围内（110GHz甚至更高）精确测量 PCB 材料的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）。
Keysight与合作伙伴共同提供的110G高频材料测试系统
4.2高频高速 PCB 特性仿真
ZA0129AS PCB仿真软件针对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叠层设计中也能精确预测 PCB 阻抗和插损特性。它包括一个综合材料数据库、叠层设计工具和阻抗 / 插入损耗计算器，所有功能都集成在一个统一的系统中。使用该软件，可以在几分钟内搞定阻抗和损耗的精确计算，避免了耗时的原型制作和比较，减少了重复试错的次数，帮助企业选择合适的材料从而降低成本。目前已经被很多PCB厂家作为量产前PCB特性的仿真工具。
精准高效的高频高速PCB阻抗与损耗仿真ZA0129AS软件界面，支持多个厂家的材料库
先进设计系统（Advanced Design System，ADS）
除了ZA0129AS以外，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与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能力。通过PCB和单个元器件协同仿真，可以分析完整的芯片间链路，包括通道、电路或物理层。这种方法能够在设计早期发现潜在问题，避免后期的反复修改，是产品研发设计工程师的必备工具。
4.3 高频高速PCB 性能研发与验证测试
前面已经提到，高频高速PCB的特性阻抗与损耗，信号完整性（SI）与电源完整性（PI）等都是在研发过程中要重点测试的项目。是德科技提供了一系列高性能网络分析仪，专门针对高频高速 PCB 测试需求进行了优化设计。是德科技的网络分析仪可以通过加载TDR选件，具备强大的时域分析功能，将频域测量数据转换为时域波形，实现对阻抗不连续性的精确定位。这种时域 - 频域联合分析能力已经成为诊断高速 PCB 的信号完整性问题的行业标准。
除了利用网分产品测试PCB无源特性之外，研发过程中还会使用示波器对PCB在有源状态下做验证。是德科技的V系列，Z系列以及UXR高端示波器及各种探头，是各种高频高速PCB及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，各个厂家会根据自己的产品良率采用不同的测试方法和策略，如产品良率较高，可能会采取抽样测试；产品良率较低，可能会采用全测的策略。无论是什么样的测试策略，能够提高测试效率的自动化测试已经成为一个趋势，是德科技根据厂家的不同策略提供相匹配的测试方案。
基于N5227A的单层PCB手动测试 基于N5227A及开关矩阵的多层PCB自动化测试
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，向更高性能材料、更精密制造工艺和更高端产品结构演进，同时也面临着包括材料特性控制、阻抗和插损测试、高频信号完整性测试、多参数综合分析和成本控制等诸多挑战。
是德科技提供的完整的高频高速材料及PCB仿真和测试方案，在频率范围、测量精度、测试速度和智能化程度等方面都代表了业界领先水平，为高频高速PCB厂家的研发和生产提供坚强的后盾。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，向更高性能材料、更精密制造工艺和更高端产品结构演进，同时也面临着包括材料特性控制、阻抗和插损测试、高频信号完整性测试、多参数综合分析和成本控制等诸多挑战。
是德科技提供的完整的高频高速材料及PCB仿真和测试方案，在频率范围、测量精度、测试速度和智能化程度等方面都代表了业界领先水平，为高频高速PCB厂家的研发和生产提供坚强的后盾。
文章来源：是德科技