關(guān)于PCB板材選取的個人總結(jié)

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PCB 板材作為整個電子元器件電路模塊的承載體，是整個產(chǎn)品的基石，起到非常重要的物理性能和良好的電氣性能作用；一塊PCB板由哪些構(gòu)成呢？大家一起來看下，以8層板為例如下圖所示是PCB板的疊層結(jié)構(gòu)：

銅箔：用于外層的線路制作，

半固化片（PP片）：起粘結(jié)劑、絕緣層的作用,將內(nèi)層與內(nèi)層、內(nèi)層與銅箔粘結(jié)在一起，

內(nèi)層芯板：作為電地層、信號層起電氣連接等作用

1.   材料的機(jī)械強(qiáng)度。

2.   TG 溫度

3.   TD 溫度

4.   阻燃等級

1.   材料本身的 DK 值

2.   材料本身的DF 值

3.   耐壓值

作為材料本身的這些特性，都取決于組合成材料所使用的原材料:(玻璃布，樹脂，聚四氟乙烯，陶粉，填料等)；

這些原材料的配方比例不同，而形成目前行業(yè)中常用到的

u  普通 TG FR4

u  中 TG FR4

u  高 TG FR4

u  改良樹脂體系 PPO FR4

u  陶瓷基板

u  PTFE 材料

u  PI 材料

而這些行業(yè)中的常用材料已覆蓋到我們市場上所有電子產(chǎn)品，包括消費(fèi)類，工控類常規(guī) FR4 產(chǎn)品；高速通信背板，高速光模塊等的高速產(chǎn)品；微波射頻，TR組件，天線等高頻產(chǎn)品；醫(yī)療類，手機(jī)排線類，車載類等剛撓 PI 產(chǎn)品.

下圖是一些板材實(shí)物的參考圖片

“FR-4”是一種耐燃材料等級的代號，所代表的意思是樹脂材料經(jīng)過燃燒狀態(tài)必須能夠自行熄滅的一種材料規(guī)格，它不是一種材料名稱，而是一種材料等級，因此目前一般電路板所用的 FR-4 等級材料就有非常多的種類，但是多數(shù)都是以所謂的四功能(Tera-Function)的環(huán)氧樹脂加上填充劑(Filler)以及玻璃纖維所做出的復(fù)合材料；（彩色電路板） FR4 根據(jù)環(huán)氧玻璃布的顏色不同分為黃色 FR-4、白色 FR-4、黑色 FR-4、藍(lán)色 FR-4 等。

“陶瓷基復(fù)合材料”是以陶瓷為基體與各種纖維復(fù)合的一類復(fù)合材料。陶瓷基體可為氮化硅、碳化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。

?  散熱要求比較高的試用場合，如功率器件，LED等。

?  耐高溫、

?  高強(qiáng)度和剛度、

?  相對重量較輕、

?  抗腐蝕

?  脆性，處于應(yīng)力狀態(tài)時，會產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂導(dǎo)致材料失效

采用高強(qiáng)度、高彈性的纖維與基體復(fù)合，是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴(kuò)展，從而得到有優(yōu)良韌性的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。

“PTFE”聚四氟乙烯 （polytetrafluoetylene）

?  高頻 PCB 大都使用聚四氟乙烯（PTFE）覆銅板作基板材料。

?  該基材在很寬的頻率范圍內(nèi)具有很小的且穩(wěn)定的介電常數(shù)和很小的介質(zhì)損耗因素。

?  但這種材料由于使用聚四氟乙烯，決定了玻璃化溫度小，因而剛性很差，屬于熱塑性材料。

?  耐高溫的特性

?  介電強(qiáng)度高

?  電氣性能和機(jī)械性能極佳

?  價格較貴

?  易吸潮

?  生產(chǎn) FPC 最常用的材料

聚酯類（ PET） （該板材許多性能與聚酰亞胺相近）

但耐熱性較差，這決定了只使用在常溫下運(yùn)作的產(chǎn)品；

聚四氟乙烯（ PTFE）只用于要求低介電常數(shù)的高頻產(chǎn)品；

PI 基材 （優(yōu)先考慮較薄設(shè)計(jì)的使用場景）

“Tg” （玻璃轉(zhuǎn)化溫度即熔點(diǎn)）

設(shè)計(jì)要求：電路板必須耐燃，在一定溫度下不能燃燒，只能軟化。

這個臨界溫度叫做玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg 點(diǎn))，這個值關(guān)系到 PCB 板的尺寸安定性；

隨著溫度的升高基板將由"玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋鹉z態(tài)”，此時的溫度稱為該板的玻璃化溫度(Tg)。

Tg 是基材保持剛性的最高溫度(℃)。普通 PCB 基板材料在高溫下，不但產(chǎn)生軟化、變形、熔融等現(xiàn)象，同時還表現(xiàn)在機(jī)械、電氣特性的急劇下降；

?  普通板材的Tg 為 130 度以上

?  中等 Tg 約大于 150 度

?  高 Tg 一般大于 170 度

?  印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征都會提高和改善。

?  TG 值越高，板材的耐溫度性能越好

推薦使用場景：無鉛制程中，高 Tg 應(yīng)用比較多。

是基材的熱分解溫度，也是印制板耐熱性能的重要技術(shù)指標(biāo)。

作為印制板的基材受熱引起分層和性能下降的標(biāo)志。

?  對于普通的Sn-Pb 焊料，因?yàn)楹附訙囟容^低，一般的 FR-4 基材能夠滿足要求，所以在原來的標(biāo)準(zhǔn)中對印制板的基材沒有此項(xiàng)性能要求

?  對于無鉛焊接的溫度較高，就必須考慮基材的熱分解溫度

通常基材的熱分解溫度分為：三個等級

ü  >310℃、

ü  >325℃

ü  >340℃

成本因數(shù)：對于無鉛焊接用的 SMT 印制板應(yīng)根據(jù)板的尺寸大小、元器件安裝密度和焊接的工藝溫度應(yīng)選用合適的 Td 等級的基材，因?yàn)?Td 值越高板材的加工難度大、成本高。

“DF”損耗因子（tanδ，Df，也叫介質(zhì)損耗因素，介質(zhì)損耗角正切，以下均用 Df 表示）

定義：絕緣材料或電介質(zhì)在交變電場中，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，使電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間產(chǎn)生一定的相位差，即形成一定的相角，此相角的正切值即損耗因子 Df，由介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)引起的能量損耗叫做介質(zhì)損耗，也就是說，Df 越高，介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化滯后效應(yīng)越明顯，電能損耗或信號損失越多，是電介質(zhì)損耗電能能力的表征物理量，也是絕緣材料損失信號能力的表征物理量。

“DK”從介電常數(shù)的定義可知，如果電介質(zhì)的極化程度越高，則其電荷Ｑ值越高，即 DK 越高，DK 是衡量電介質(zhì)極化程度的宏觀物理量，表征電介質(zhì)貯存電能能力的大小，從而也表征了阻礙信號傳輸能力的大小。

信號在介質(zhì)中的傳播速度和材料的介電常數(shù)有關(guān)，因此我們就可以利用該關(guān)系計(jì)算特定材料的介電常數(shù)。我們以FR4材料為例，信號在FR4和銅壓合后的PCB中傳輸時，速度可以表示為：

            

其中:v 表示信號在PCB材料中的傳播速度，c表示光速，Dk:介電常數(shù)，TD:信號在傳輸線上傳播的時間，由上面的式子經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算可得：

這是某公司選用的板材從上圖中可以看出，目前淘汰了 TG130°的 FR4 材料；這是由于目前客戶端的焊接工藝都在升級，且為了滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，都采用無鉛焊接（符合環(huán)保 ROHS6 標(biāo)準(zhǔn)），而無鉛焊接的溫度比有鉛焊接的溫度高出 30 度，所以 TG130 度的 FR4 材料無法滿足無鉛焊接的需求，焊接時容易出現(xiàn)爆板。

v  聯(lián)茂的 IT158,IT180;

v  臺光的 EM825,EM827;

v  生益科技的 S1000,S1000-2,ISOLA 的370HR。

從圖中可以看出，高速板材的特點(diǎn)是 DK,DF 比普通 FR4 低；從前面關(guān)于 DK,DF 的名詞解釋可以看出， 對于高速信號，高速板材對信號的差損小，高速信號的傳輸質(zhì)量高，適合于類似 PCIE-E,SATA,GTX,等傳輸速率達(dá)到 GHZ 的信號。

某司高速板材的常備料為松下的 R5775(M6),臺耀的 TU872SLK SP,NELCO 的 N4000-13EPSI。

從上圖可以看出，高頻材料的 DF 值比高速板材低，但 DK 存在多種值，最常用的 DK 值為 2.94，6.15和 10.2 三種，需要根據(jù)高頻微波帶狀線，微帶線的仿真阻抗來選擇；

某司常備物料有

?  CLTE-XT

?  TSM-DS3

?  RT6002

?  RO3003

?  RO4350

?  RO4003

?  RO4360G2

某司常用軟板材料為杜邦 AP8525,AP9121,TK185018R。

某司常用無鹵材料為 EM370,TU862HF. 鹵素化合物經(jīng)常作為一種阻燃劑：PBB ， PBDE ， TBBP-A ， PCB ，六溴十二烷，三溴苯酚，短鏈氯化石蠟等，應(yīng)用于電子零組件與材料、產(chǎn)品外殼、塑膠等。此種阻燃劑無法回收使用，而且在燃燒與加熱過程中會釋放有害物質(zhì)，威脅人類身體的健康和環(huán)境，所以有客戶要求采用環(huán)保型板材，無鹵要求：溴、氯含量分別小于 900ppm ，（溴＋氯）小于 1500ppm 。

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2023-11-27 13:56 上傳

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