PCB板材是构建电路板的基础,决定了电路板的物理、电气和热性能。基板通常采用介电复合结构,由环氧树脂制成,与铜箔一侧或两侧粘合。然后,阻焊层被涂覆在铜层上,以提供绝缘保护,防止元件与铜走线接触而导致损坏。在多层PCB板中,基板被用作夹层压板芯,并通过高温高压将所有层粘合在一起。
PCB的板材直接影响其物理特性。例如,使用刚性板材会提高电路板的强度和耐久性,而柔性板材则允许构建可以弯曲和扭曲的柔性电路,而不会中断信号流。
PCB按基材的分类
1、按增强材料不同(常用的分类方法)
纸基板(FR-1,FR-2,FR-3):采用纸质基材,适用于一般电子应用。
环氧玻纤布基板(FR-4,FR-5):采用玻璃纤维布增强的环氧树脂,具有较高的机械强度和耐热性,是最常见的 PCB 板材类型之一,在许多行业中都有应用。
复合基板(CEM-1,CEM-3):采用复合材料,具有特定的机械和电气性能。
HDI板材(RCC) :是“附树脂铜皮”或“树脂涂布铜皮”,主要用于高密度电路(HDI)。
特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材、热塑性基材等):用于满足特殊需求的应用。金属类基材通常用于需要较高散热性能的应用,陶瓷类基材则通常用于高频电路设计,而热塑性基材则具有较高的耐热性能,适用于高温环境下的应用。
2、按树脂不同来分
酚酫树脂板:采用酚酚树脂作为基材,具有特定的化学性能。
环氧树脂板:采用环氧树脂,具有出色的机械性能和耐热性。
聚脂树脂板:使用聚脂树脂作为基材,适用于一些一般应用。
BT树脂板:采用BT树脂,适用于高频应用和高速电路设计。
聚酰亚胺树脂板:使用聚酰亚胺树脂,具有卓越的高温性能。
3、按阻燃性能来分
阻燃型(UL94-VO,UL94-V1):具有良好的阻燃性能,适用于高要求的电子设备,能够有效防止火灾蔓延。
非阻燃型(UL94-HB级):阻燃性能较差,通常用于一般应用,不适合高要求的环境。
材料选用需关注的基材特性
1、玻璃转化温度(Tg)
当温度升高到某一区域时,由“玻璃态”转化为“橡胶态”,此时对应的温度 称为该板的玻璃化温度(Tg)。通常Tg≥150℃,称为中Tg板材,Tg≥170℃,称作高Tg板材。对于层数多,厚度厚和面积大的高性能板,在焊接时,需要更多的热量,才能保证焊接的可靠性,如果采用常规PCB的焊接温度和焊接时间,造成“虚焊”的几率会增大。
因此这类板对比常规PCB应具有更好的耐热性能或更高的Tg温度。板材的Tg提高了,印制板的耐热性、耐潮湿性、耐稳定性等特征都会提高和改善,这对加工高密度高多层板非常关键。
2、热分解温度(TD)
指由于热作用而产生热分解反应的温度。TD值也是衡量板材耐热性的一个重要指标。高 TD 材料适合高温环境,减少基材分解的风险。
3、热膨胀系数(CTE)
描述板材受热或冷却时膨胀或收缩的一个百分比率,其单位温度上升引起基材尺寸的线性变化。基材在X、Y轴方向受玻璃布的钳制,CTE不大,普遍的膨胀系数在13-17之间。主要是关注板厚Z轴方向。Z轴CTE采用热机分析法来测量。
a1-CTE:TG以下热膨胀系数,标准最高为60ppm/ ℃
a2-CTE:TG以上热膨胀系数,标准最高为300ppm/ ℃
4、介电常数(DK)
表示材料的导电性。我们常用的PCB介质是FR4材料的,相对空气的介电常数是3.8-4.8。这个介电常数是会随温度变化的,在0-70 ℃的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小。
在高频(指信号传输频率大于300MHz时)电路上应用的PCB,应采用越低介电常数Er,就可以得到越高的信号传输速度或越小的延迟时间,或者说信号的传输延迟时间与DK的平方根成正比,DK越高,其信号传输延迟现象越严重。
5、介质损耗(DF)
电介质材料在交变电场作用下,由于发热而消耗的能量称之谓介质损耗,通常以介质损耗因数tanδ表示。Er和tanδ是成正比的;Df值越低,其能量损耗越小,这对高频信号来说非常重要。
6、导热系数
导热系数又称为热传导系数,热传导率。它表示物质热传导性能的物理量。是指当等温面垂直距离为1米,其温度差为1 ℃时,由于热传导而在1小时内穿过1平方米面积的热量(千卡)。
材料性能对PCB功能的影响