學(xué)習(xí)如何PCB板材選型

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學(xué)習(xí)如何PCB板材選型

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       目前最常用的板材類型那肯定是FR4，那什么是FR4?今天就來(lái)先了解下FR4.

       FR4是以環(huán)氧樹(shù)脂作為粘合劑，玻纖布作為增強(qiáng)材料的一種，也就是說(shuō)只要使用這種體系的材料都可以叫做FR4，所以FR4是這種樹(shù)脂體系的統(tǒng)稱。

FR4具有電絕緣性能穩(wěn)定、平整度好、表面光滑、無(wú)凹凸、厚度公差標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。

一、分類

1.根據(jù)用途不同分類：
一般稱為：FR-4 Epoxy Glass Cloth、絕緣板、環(huán)氧板、環(huán)氧樹(shù)脂板、溴化環(huán)氧樹(shù)脂板、FR-4、玻璃纖維板、玻纖板、FR-4補(bǔ)強(qiáng)板、FPC補(bǔ)強(qiáng)板、柔性線路板補(bǔ)強(qiáng)板、FR-4環(huán)氧樹(shù)脂板、阻燃絕緣板、FR-4積層板、FR-4光板、FR-4玻纖板、環(huán)氧玻璃布板、環(huán)氧玻璃布層壓板、線路板鉆孔墊板。

2.按照玻纖布編制命名分類：
如：106、1067、1080、1078、2116、2113、3313、7628等，這些事常用玻璃布的類型。當(dāng)然還有其他的，每種玻璃布在IPC規(guī)范中都有定義，所以不同廠家使用的同種玻璃布型號(hào)基本上都是大同小異的。

3.按照玻璃類型分類：
如：E玻璃（E-glass），E代表electrical，是電絕緣玻璃，一種鈣鋁硅酸鹽玻璃，其堿金屬氧化物含量很少（一般小于1%），所以又叫無(wú)堿玻璃，具有高電阻率。E玻璃現(xiàn)已成為玻璃纖維的最常用成分，很多材料如果沒(méi)有特別指定的話一般都是用的這種。

NE玻璃，又叫l(wèi)ow-DK玻璃，是日本日東紡織株式會(huì)社研發(fā)的低介電纖維玻璃，其介電常數(shù)（1MHz）為4.6（E玻璃為6.6），損耗因子（1MHz）為0.0007（E玻璃為0.0012），常見(jiàn)的使用NE玻璃的材料如M7NE、IT968SE、IT988GSE等。

4.按照供應(yīng)商所用樹(shù)脂體系及其性能分類：

聯(lián)茂Iteq：IT180A/IT170GRA1/IT958G/IT968/IT968SE/IT988GSE;
臺(tái)耀Tuc：Tu 862HF/872LK/872SLK/872SLK-SP/883/933+;
松下Panasonic：Megtron4/M4S/Megtron6/M6G/M7E/M7NE;
Park Meteorwave系列：MW1000/2000/3000/4000/8000;
生益：S1000-2(M)/S7439/S6;
Rgers：R04003/R03003/R04350B（射頻PCB材料）等

5.按照損耗級(jí)別分類：

可以分為普通損耗板材（Df≥0.02）、中損耗板材（0.01

二、組成

印制電路板基材主要由三部分組成：樹(shù)脂、增強(qiáng)材料、導(dǎo)電銅箔。但是每種成分的變化會(huì)產(chǎn)生很多種組合，市場(chǎng)上印制電路板基材種類繁多。隨著歐盟限制使用有毒害物質(zhì)指令（RoHS）的出臺(tái)及無(wú)鉛焊接工藝的出現(xiàn)，基材的選擇變得越來(lái)越復(fù)雜。

1.樹(shù)脂：

基材選擇時(shí)重點(diǎn)關(guān)注電氣性能、成本、可生產(chǎn)性。樹(shù)脂種類繁多，如：環(huán)氧樹(shù)脂、改性環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯醚等。


2.增強(qiáng)材料：

印制電路板基材常用玻纖布作為增強(qiáng)材料。

2.1常規(guī)玻纖布

常規(guī)如106、1080、2116、3313和7628；
開(kāi)纖玻璃布規(guī)格有1035、1078等。

2.2玻纖效應(yīng)

常規(guī)玻纖布DK值約為6.0左右，樹(shù)脂DK值約為3.0左右；由于單板上DK值不均勻，將引起以下問(wèn)題：

1）阻抗一致性差：?jiǎn)伟迳喜煌�位置阻抗差異，研究表明�?duì)于50歐姆的單端阻抗線，會(huì)導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約1-3歐姆的差異；
2）阻抗波動(dòng)：同一阻抗線，由于不同位置介電常數(shù)不均勻，使得TDR曲線出現(xiàn)波動(dòng)，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。研究表明，對(duì)于50歐姆的單端阻抗線，徑向會(huì)導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約3歐姆左右差異，緯向會(huì)導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約2.5歐姆左右差異。
3）信號(hào)延時(shí)不一致：信號(hào)傳輸速度與介電常數(shù)平方根成反比。介質(zhì)不均勻使得兩根差分信號(hào)產(chǎn)生不同信號(hào)延時(shí)，導(dǎo)致信號(hào)偏斜失真。

2.3玻纖效應(yīng)改善

1）采用扁平玻纖布或NE玻纖布：扁平玻纖布技術(shù)是指在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)電子玻纖布進(jìn)行扁平化處理，提高其表面積。同時(shí)玻纖布扁平化處理后，表面相對(duì)平整，經(jīng)緯之間的空隙更小，是印制電路板中玻纖與樹(shù)脂相對(duì)均勻；常規(guī)E玻纖布DK為6.0，NE玻纖布DK為4.8，更接近樹(shù)脂的DK。
2）研究表明，傳輸線與玻纖束交織為5-10度角度就可以緩解大部分玻纖效應(yīng)。

3.銅箔：

印制電路板的銅箔主要由三種：壓延銅箔（RA）、電解銅箔（ED）、鈹銅；電解銅箔是采用電鍍方式形成，銅微粒結(jié)晶狀態(tài)為垂直針狀，易在蝕刻時(shí)形成垂直的線條邊緣，有利于精細(xì)線路的制作，但在彎曲半徑小于5mm或者動(dòng)態(tài)繞曲時(shí)，針狀結(jié)構(gòu)易發(fā)生斷裂，因此常用于剛性板和一次性繞曲產(chǎn)品上；而壓延銅箔采用壓力壓碾而成，銅微粒呈水平軸狀結(jié)構(gòu)，因此壓延銅箔板材雖貴，但繞曲性能好；鈹銅的繞曲性最好，但很少使用，多為客戶提供。


3.1銅箔厚度

銅箔厚度的選擇主要取決于導(dǎo)體的載流量和允許的環(huán)境工作溫度。常規(guī)下，電流要求越大，設(shè)計(jì)線寬越寬，銅厚越厚。印制電路板銅箔厚度指成品厚度，圖紙上應(yīng)該明確標(biāo)注為成品厚度。

3.2趨膚效應(yīng)

由于趨膚效應(yīng)，傳輸線多在導(dǎo)體表面?zhèn)鬏敚�頻率越高趨膚深度越小；傳輸信號(hào)的導(dǎo)體截面積變小，電阻增加導(dǎo)致導(dǎo)體損耗變大。不同頻率下趨膚深度見(jiàn)下表。

當(dāng)信號(hào)僅在“粗糙度”范圍內(nèi)傳輸時(shí)，相對(duì)于光滑導(dǎo)體而言，信號(hào)路徑變長(zhǎng)、損耗增加，信號(hào)在粗糙面上傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重“駐波”和“反射”等問(wèn)題。

3.3趨膚效應(yīng)改善

使用低粗糙度銅箔，如：RTF 、VLP、 HVLP等，可降低信號(hào)損耗。基材選用時(shí)，除了基材本身外，高速板材選用低粗糙度銅箔。

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