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PCB板的板材应该如何选择呢?

2024-11-21 16:09
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pcb板材的基本参数有哪些?


1. 厚度:PCB板材厚度是指板子的整体厚度。常见的厚度有0.8mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm等。在选择时需要根据实际需求进行选择,通常需要根据元件数量、限制空间和性能要求来决定。


2. 热膨胀系数:热膨胀系数是指在温度变化下,材料的长度变化率。当温度发生变化时,如果PCB板材的热膨胀系数较大,就会导致电子设备的失效。因此,在选择PCB板材时,需要选择热膨胀系数较小的材料。

3. 拉伸强度:拉伸强度也被称为破坏强度,是指材料在受力的情况下发生破坏时所承受的最大应力。在选择时也需要考虑其拉伸强度是否能够满足实际需求。


4. 燃烧性:PCB板材需要满足一定的燃烧性要求,以防止在高温或异常情况下出现火灾。通常采用V0、V1、V2或UL94等标准来评估其燃烧性。


5. 介电常数:介电常数是指材料在电场中的介质特性,不同介电常数的材料电路性能有差别。当介电常数为1时,表示该材料为真空,此时介电常数越小,传输信号的速度就越快。除此之外,还有耐热性、电阻率等其它参数,这些参数的不同组合会影响到PCB板材的性能表现。


6. 热稳定性:PCB板在使用过程中需要承受一定的热应力,因此热稳定性也是关键指标之一。碳化硅材料和FR-4材料的热稳定性较高,能够在高温环境下稳定工作,而且能够耐受多次反复热冷循环。聚四氟乙烯材料也具有良好的耐高温性能,能够在高温环境下工作。


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pcb板材关键指标!


1. Tg指标

    Tg为玻璃转移温度(Glass Transition Temperature),即熔点,是树脂由固态融化为橡胶态流质的临界温度。当温度低于玻璃转移温度(Tg)时,树脂则会呈现出刚性具硬脆特性的玻璃态,当温度高于玻璃转移温度(Tg)时,树脂件则会呈现出柔软可绕曲的橡胶态。Tg是PCB基板的重要特征参数之一,其中Tg分级如下:

(1)一般Tg的板材:130℃~150℃,如KB-6164F(140℃)、S114(140℃);

(2)中等Tg的板材:150℃~170℃,如KB-6165F(150℃)、S1141 150(150℃);

(3)高等Tg的板材:170℃及以上,如KB-6167F(170℃)、S1170(170℃)。

    PCB基板高的Tg提高和改善了印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征。但也不是Tg越高越好,因为Tg越高板材压合时温度要求也越高,压出来的板子也会比较硬和脆,在一定程度上会影响机械钻孔的质量以及电气特性,所以在设计时,需要选择合适的Tg的PCB板材(8层板及以上建议选择高等Tg板材)。


2. DK指标:

    DK为介电常数(dielectric constant),它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示。DK值会影响线路板信号线的特性阻抗,对于需要管控特性阻抗的板子才需要特别关注此参数。DK值主要影响因素有树脂、增强材料和树脂含量。DK值影响信号的传播速度,DK值越小传播速度越快,DK值越大传播速度越小,所以高速板一般会选择DK值小的板材。常用基材树脂DK参数如下表所示:

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3. DF指标

  DF为介质损耗因子(Dissipationfactor),DF值主要影响到信号传输的品质。DF值越小,信号的传播损耗越小;DF值越大,信号的传播损耗越大,所以高速、高频、射频板最好选择DF值小的板材。用基材树脂DF参数如上表所示,其中DF的分级如下:

(1)普通DF板材:DF≥0.02;

(2)中DF板材:0.01

(3)低DF板材:0.005

(4)超低DF板材:DF<0.005。

➤ Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;

➤ Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;

➤ Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。


4. CAF指标:

    CAF为导电性阳极丝(Conductive Anodic Filament),指的是PCB内部铜离子从阳极沿着玻纤丝的微裂通道,向阴极迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。随着电子产品薄和小型化,PCB板的孔与孔、孔与线、线与线之间的间距越来越小,密集程度越来越高,绝缘距离越来越小,这就使得CAF指标变得越来越重要了。在湿度高的应用环境时,基材的吸潮性使得纤维玻璃布与树脂界面结合为最薄弱点,基材中可水解的游离离子缓慢聚集,而离子在电场的作用下在电极间移动而形成导电通道,如果电极间距离越小,形成通道时间越短,基材绝缘破坏越快。所以在设计高密度,孔和线间距小,特别是应用环境是高湿度,高温度的环境下时,需要特别关注CAF指标。

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几类pcb板材!


1. 碳化硅材料

    碳化硅材料的热导率比较高,是目前温度比较高的电路板的理想选择,例如汽车电子、航空航天电子等领域,而且碳化硅材料还具有耐高温、低能耗等优点。但是碳化硅材料的成本相对较高,而且硬度也比较大,不易加工。


2. FR-4材料:

    FR-4材料是最常见的PCB板材料之一,使用广泛。FR-4材料具有良好的绝缘性能、机械强度、热稳定性等特点,而且价格低廉。但是FR-4材料也存在一些问题,例如介电常数漂移大、阻燃性能不够等。

3. 金属材料

  金属材料是指铝、铜、钨、钴等金属材料,这些材料的导电性能良好,能够有效提高PCB板的传导性能,并且具有较好的冷却性能。金属材料的缺点是材料成本较高,而且容易产生电磁场,需要进行屏蔽处理。


4. 聚四氟乙烯材料:

    聚四氟乙烯材料具有良好的耐化学性、耐高温性、耐电介电特性等,可以应用到高速传输的电路板中,而且聚四氟乙烯材料也可以应用到微波电路板中,但是聚四氟乙烯材料的缺点是成本较高。

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PCB板材选型考量!


    碳我们平时经常用的肯定是FR-4,也会用到铝基板,那么具体选型的时候有哪些考量?选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的PCB 板子(大于GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4 材质,在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不适合。就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。



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具体来说,选择合适的PCB板材主要考虑以下因素:


1. 可制造性:

    比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)、防火等级。

2. 与产品匹配的各种性能(电气、性能稳定性等):

  低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。


3. 材料的可及时获得性:

    很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料。


4. 成本因素COST:

    看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、军工类的应用。


5. 法律法规的适用性等:

    要与不同国家环保法规相符合,满足RoHS及无卤素等要求。

常见pcb板材品牌!


1.罗杰斯Rogers:RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等;

2.台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等;

3.松下Panasonic:Megtron4、Megtron6等;

4.Isola:FR408HR、IS620、IS680等;

5.Nelco:N4000-13、N4000-13EPSI等;

6.东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等。



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黄勇

做Allegro实战视频教学的先深圳市凡亿技术开发有限公司设计中心技术总监;凡亿教育创始人;PCB联盟网电子论坛特邀版主;长期致力于Cadence Allegro高速PCB设计与Cadence Allegro 高速PCB设计视频教学;具备丰富的PCB设计实战经验,尤其擅长高速信号数字类、消费电子类产品的PCB设计。其系列Cadence Allegro软件速成视频教程、Cadence Allegro版PCB设计全流程实战视频深受业界PCB爱好者的赞誉,是开启PCB实战视频教学的先驱者。驱者

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