覆铜板(Copper Clad Laminate,CCL)是PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)的主体,由基材和覆在其表面上的一层铜箔组成,基材通常是由增强材料(如玻璃纤维织物)和树脂(如环氧树脂)组成的层压板,而铜箔则是用于形成电路图案的导电层。
PCB板材
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FR-4 | 玻璃纤维、环氧树脂 | 大多数类型的PCB | |
环氧树脂基材 | FR-1 | 类似于FR-4,但不含卤素 | |
FR-5 | 类似于FR-4,更高的耐热性 | ||
CEM-1 | 木浆纸、玻璃纤维布、环氧树脂 | 成本比FR4还低,只能生产单层板,机械耐久性差 如简单的家用电器。 | |
CEM-3 | 类似于CEM-1,更多的玻璃纤维成分。 | 更好的电气性能和机械强度。类似FR4 简单的工业控制设备。 | |
酚醛树脂基材 | 成本较低,但电气性能和机械强度不如环氧树脂基材 | ||
PI | Polyimide聚酰亚胺 | 良好的柔韧性、耐高温性和化学稳定性 可穿戴设备、折叠屏幕设备等 | |
PTFE | 聚四氟乙烯/特氟龙 | 低介电常数和低损耗因数 高频和射频应用 | |
金属基板材 | 金属(如铝或铜)作为基材 | 良好的热导率 如LED照明、功率电子设备等 | |
陶瓷基材 | 极高的热导率和良好的绝缘性能 | ||
复合材料基材 |
FR-4 中的 "FR" 指的是 "Flame Retardant"(阻燃),由玻璃纤维和环氧树脂组成
CEM(Composite Epoxy Material,复合环氧材料):将环氧树脂与增强材料(如纸张、玻璃纤维布等)结合在一起,比FR-4(玻璃纤维/环氧树脂基材)成本更低。
PCB主要原物料
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基本原料
1、铜箔:导电、散热
压延铜箔:表面粗糙度较高,适用于需要较好粘附性的应用。
电解铜箔:表面较为光滑,适用于需要精细布线的应用。
厚度:0.5oz、1oz、2oz(1oz约为35um或1.4mil)
2、玻璃纤维布:增加机械强度、绝缘
玻璃纤维布有两个编织方向,其中横向的一般称为“纬纱”,纵向的一般称为“经纱”。
对于玻璃纤维布编织数量较少的规格来说,两两之间玻璃束的间隙会较大,因为间隙处会有树脂填充。如果一对差分线一根走线在玻璃纤维束上,一根走线走在玻璃纤维束的间隙上,那么这两个走线就会存在传输延时偏差,导致差共模转化增大,这就是“玻纤效应”
低介电常数,一个方面是信号的传递更快,另一个方面是为了不使PCB板太厚。
3、树脂:粘合剂
多层板构成
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制作多层电路板时,需要配合使用Core芯板和PP半固态片
Core芯板由铜箔、固态树脂材料和玻璃纤维组成,两个表层都有铜箔。
PP半固态片由半固态树脂材料和玻璃纤维组成,
PP片(prepreg,半固化片):玻璃纤维布浸以环氧树脂组成,室温下是柔软的,但在加热加压条件下会完全固化。
A阶段:在室温下能够完全流动的液态树脂,这是玻纤布浸胶时的状态(液态的环氧树脂,又称为凡立水(Vamish))
B阶段:环氧树脂部分交联处于半固化状态,在加热条件下,又能恢复到液体状态。(部分聚合反应,成为固体胶片,是半固化片) pp
C阶段:树脂全部交联为C阶段,在加热加压下会软化,但不能再成为液态,这是多层板压制后半固化片转成的最终状态。(压板过程中,半固化片经过高温融化为液体,然后发生高分子聚合反应,成为固体聚合物,将铜箔与基材粘结在一起。成为固体的树脂)
制作过程中用到的物料
感光材料
阻焊油墨
字符油墨
PCB板材关键性能指标
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PCB板材的基础知识 (pcbdirect.cn)
Dk | 相对介电常数 | 表示绝缘能力特性 高速板一般会选择DK值小的板材 |
Df | 介电损耗正切 | 影响到信号传输的质量 高频、射频板最好选择DF值小的板材 |
Tg | 玻璃态转化温度 基材保持刚性的最高温度 若超过,基板将由"玻璃态”变为“橡胶态” | Tg≥170℃,称作高 Tg 板 8层以上的PCB板必须用高Tg板材 |
CTE | Coefficient of Thermal Expansion 热膨胀系数 温度变化时体积膨胀或收缩的程度 | |
Td | Decomposition Temperature 热分解温度 | 在采用回流焊或波峰焊生产时,通常实际焊接温度在210~240℃,远低于板材的热分解温度,所以正常焊接的情况下非常安全 |
PCB板材典型质量问题
过孔
过孔(提供电气连接)
通孔(Through-Hole Via):贯穿PCB的所有层。直径通常较大,可提供良好的电流承载能力。
盲孔(Blind Via):只连接顶层与内部层,或底层与内部层。
埋孔(Buried Via):仅连接内部层,不穿透PCB的顶层或底层。
微孔(Microvia):直径小于150μm(通常75μm至125μm)的过孔,可以是盲孔或埋孔的形式。
机械孔(不提供电气连接)
机械孔通常不用于电气连接,而是用于机械支撑、定位、安装或装配目的。
安装孔:用于固定PCB到外壳或支架上的孔,用于安装螺丝或螺钉,直径一般大于1mm。
定位孔:用于在组装过程中对齐PCB与其他部件。
测试孔:用于在测试过程中接触电路板的特定点。通常较小,用于探针接触。
工艺孔:在PCB制造过程中使用的孔,如用于波峰焊接或回流焊接的定位孔。
通风孔:用于提高散热性能或提供空气流通的孔。
整板层偏
整板层偏是指在PCB制造过程中,整个电路板的一个或多个层相对于其他层的位置发生了偏移。这种偏移可能是水平方向的,也可能是垂直方向的。
原因:层压过程中,如果压力分布不均或温度控制不当,可能导致层间偏移。
影响:导致过孔未能准确连接不同的层,信号路径不连续,
过孔厚径比
过孔厚径比 = 过孔深度 / 过孔直径,
如果一个过孔的深度为100μm,直径为50μm,则其厚径比为2:1。
对于PCB制造过程中的电镀质量至关重要,直接影响到过孔内壁的电镀均匀性和过孔的电气性能。
HDI
HDI(High Density Interconnector,高密度互连)是一种先进的PCB技术,在有限的空间内,通过使用微细过孔和精细的布线来提高电路板的集成度。
特点:
微细过孔(Microvias):直径小于150μm(通常是75μm至125μm),可以是盲孔或埋孔
精细布线:更细的铜箔线宽和间距,通常小于或等于4mil(约100μm)
层堆叠结构:可以包括多个内层,以及盲孔和埋孔的组合。
HDI的阶数
阶数是指使用微细过孔进行层间连接时的层数或次数。
一阶HDI:微细过孔仅连接顶层或底层与第一个内层。
二阶HDI:微细过孔连接顶层或底层与第二个内层,可能还会包括连接第一个内层与第二个内层的微细过孔。
三阶及以上HDI:随着阶数的增加,微细过孔可以连接更多层