如何选择PCB板材？

news2024/9/20 20:28:36

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。

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：

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<DF<0.02；

（3）低DF板材：0.005<DF<0.01；

（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。

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。

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。

具体来说，选择合适的PCB板材主要考虑以下因素：