PCB的板材知識掃盲

一，板材
紙芯覆銅基板：
用浸漬纖維紙作增強材料，浸以樹脂溶液并經(jīng)干燥加工后，覆以涂膠的電解銅箔， 經(jīng)高溫高壓的壓制成型加工，所制成的覆銅板。
最常用的、 生產(chǎn)量最大的紙基覆銅板是FR-1板和XPC板。此類板材一般以單面銅箔為主，即單面板。
以下均以建滔板廠的板材做列舉說明

優(yōu)點：原材料成本低，因其質(zhì)地較軟可以沖孔，故在電路板制程中孔，加工成本低。
缺點：硬度相對較差,在潮濕環(huán)境下容易吸收水分，受高溫熱膨脹及冷卻后收縮變化較大，且電器性能較纖維板低。（例:過波峰焊易變形）

布、紙組合覆銅基板：由玻纖布和漂白木漿紙做增強材料，分別浸上樹脂制成面料和芯料，覆以銅箔經(jīng)高溫， 熱壓而成的，是復(fù)合基板具有代表性的產(chǎn)品之一，簡稱CEM-1。 性能一般較全紙基材料為佳。此類板材一般為單面覆銅板。


優(yōu)點：復(fù)合纖維板成本較玻璃纖維板低，解決了紙板的硬度不足和纖維板不易沖孔問題。
缺點：電氣性能雖接近玻璃纖維板，但仍不可完全替代FR-4材料，僅有部分要求不高的電路板可用此材料替代FR-4使用。
布、氈組合覆銅基板：
由玻纖布和玻璃氈做增強材料，分別浸上樹脂制成面料和芯料，覆以銅箔經(jīng)高溫，熱壓而成的， 是復(fù)合基板具有代表性的產(chǎn)品之一，簡稱CEM-3。一般更適用于沖床工序，性能一般在CEM-1和FR-4材料之間。 此類板材單，雙面覆銅均有。

玻璃布芯覆銅基板 (FR-4)：由玻纖布做增強材料，浸以樹脂制，覆以銅箔經(jīng)高溫，熱壓而成的， 是電子線路板用量最大的一種產(chǎn)品，簡稱FR-4。
優(yōu)點：高強度、抗熱與火(不會燃燒)、抗化(不易腐蝕、不易長霉菌)、防潮、 熱性(膨脹系數(shù)低、熱傳導(dǎo)系數(shù)高)、電性（不導(dǎo)電，絕緣）。
缺點：成本高，制作工藝要求高(例：不能沖孔)。
由于電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對覆銅板要求漸增， 衍生出不同的FR-4材料，例如：無鉛基板和高速高頻板。此類板材單雙面覆銅均有。


樹脂是PCB的主要成分，類似于人體的肌肉組織。不同類型的PCB使用不同的樹脂混合材料。傳統(tǒng)的FR4板材主要使用環(huán)氧樹脂（Epoxy），而無鉛（Lead Free）和無鹵素（Halogen Free）板材則使用多種樹脂和固化劑的組合。


  
二，參數(shù)

Tg值，即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：
PCB板材的樹脂有三種力學狀態(tài)，分別是玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。
玻璃態(tài)：在低溫時材料為固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會發(fā)生非常小的變形，此狀態(tài)我們稱為玻璃態(tài)。
高彈態(tài)：當溫度升高到一定范圍后，材料形變明顯增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間內(nèi)形變相對穩(wěn)定，此為高彈態(tài)。
粘流態(tài)：當溫度繼續(xù)升高，材料形變量又逐漸增大，材料逐步變成粘性的流體，此時形變不可恢復(fù)，此狀態(tài)稱為粘流態(tài)。
對于PCB材料來說，TG值越高，表示材料在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定性的能力越強，通常意味著更好的耐熱性能和更高的可靠性。工作溫度一旦高于板材的TG值 ，板材物理特性變化非常明顯，如同玻璃加熱軟化，特別是CTE增長很快。

Td值，基材的熱分解溫度：
這是指材料開始發(fā)生化學分解的溫度。TD值表示材料能夠承受的最高溫度。在實際應(yīng)用中，通常希望PCB材料的TD值足夠高，以確保在焊接和其他高溫工藝中不會發(fā)生分解，一般按照重量減少5%的溫度作為分解溫度。

在采用回流焊或波峰焊生產(chǎn)時，通常實際焊接溫度在210~240℃，遠低于板材的熱分解溫度，所以正常焊接的情況下非常安全，不會對板材造成任何損傷。
CTE值，熱膨脹系數(shù)：
它是指材料受熱后在單位溫度內(nèi)尺寸變化的比率，以每攝氏度變化百萬分之幾表示 (PPM)，基材的CTE在X、Y方向和Z方向不同。
X, Y 方向熱膨脹系數(shù)是板材水平方向的熱膨脹系數(shù)，是表征水平方向的變形量，主要是對pcb生產(chǎn)中各層線路圖形變形量、焊盤及孔位置精度產(chǎn)生影響，此外在焊接時會因變成產(chǎn)生剪切或拉應(yīng)力。
X, Y 方向熱膨脹系數(shù)一般表示的是在30~130℃溫度范圍內(nèi)的尺寸變化率。
還有另外一種表示方式,即基板從50℃等速升到260℃條件時的X, Y方向的尺寸變化率。
但是在水平方向上由于樹脂被其中作為增強材料玻璃布的牽制, 在環(huán)境溫度提高,樹脂產(chǎn)生形變時, 覆銅板的X, Y 方向熱膨脹系數(shù)都表現(xiàn)得變化不太明顯，目前普遍情況在11~15ppm/℃。
Z方向熱膨脹系數(shù)是板材厚度方向的膨脹系數(shù)，表征厚度方向的變形量，
板材受熱膨脹后由于樹脂的膨脹尺寸大于孔壁的銅層膨脹尺寸, 對孔壁銅層產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,會影響金屬化孔的質(zhì)量。
Z 方向熱膨脹系數(shù)是在升高溫度 50~260℃的條件下, 測量Z方向的總膨脹尺寸變化率。
由于溫度在基材 Tg 以下，與達到 Tg及以上變化率表現(xiàn)出很大的差別，因此, 一般將厚度方向 (Z方向) 的熱膨脹系數(shù)分為在Tg溫度點以下和Tg溫度點以上，通常Tg溫度點以上的熱膨脹系數(shù)是Tg溫度點以下的5~6倍。
不同品牌、不同樹脂體系、不同Tg的板材都有所差異，但相差不大，一般Tg點以下要求≤60ppm/℃，Tg點以上要求≤300ppm/℃，目前實際情況是FR-4板材Tg點以下在40~60ppm/℃，Tg點以上在200~300ppm/℃。

  
DK值，介電常數(shù)：
它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)（即描述絕緣材料在電場中存儲電荷能力的系數(shù)）。DK值影響信號在PCB上的傳輸速度和信號完整性。不同的電路設(shè)計和工作頻率可能需要特定的DK值，以優(yōu)化性能。介質(zhì)損耗(Df)必須小，這主要影響到信號傳送的品質(zhì)，介質(zhì)損耗越小使信號損耗也越小。
DF值，損耗因子：
這是描述材料在電場作用下能量損耗的一個參數(shù)。DF值越低，表示材料的能量損耗越小，信號傳輸質(zhì)量越高。在高頻電路和高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，DF值尤為重要。