学习如何PCB板材选型

只看该作者 · 2023-5-24 17:22

学习如何PCB板材选型

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目前最常用的板材类型那肯定是FR4，那什么是FR4?今天就来先了解下FR4.

FR4是以环氧树脂作为粘合剂，玻纤布作为增强材料的一种，也就是说只要使用这种体系的材料都可以叫做FR4，所以FR4是这种树脂体系的统称。

FR4具有电绝缘性能稳定、平整度好、表面光滑、无凹凸、厚度公差标准等特点。

一、分类

1.根据用途不同分类：
一般称为：FR-4 Epoxy Glass Cloth、绝缘板、环氧板、环氧树脂板、溴化环氧树脂板、FR-4、玻璃纤维板、玻纤板、FR-4补强板、FPC补强板、柔性线路板补强板、FR-4环氧树脂板、阻燃绝缘板、FR-4积层板、FR-4光板、FR-4玻纤板、环氧玻璃布板、环氧玻璃布层压板、线路板钻孔垫板。

2.按照玻纤布编制命名分类：
如：106、1067、1080、1078、2116、2113、3313、7628等，这些事常用玻璃布的类型。当然还有其他的，每种玻璃布在IPC规范中都有定义，所以不同厂家使用的同种玻璃布型号基本上都是大同小异的。

3.按照玻璃类型分类：
如：E玻璃（E-glass），E代表electrical，是电绝缘玻璃，一种钙铝硅酸盐玻璃，其碱金属氧化物含量很少（一般小于1%），所以又叫无碱玻璃，具有高电阻率。E玻璃现已成为玻璃纤维的最常用成分，很多材料如果没有特别指定的话一般都是用的这种。

NE玻璃，又叫low-DK玻璃，是日本日东纺织株式会社研发的低介电纤维玻璃，其介电常数（1MHz）为4.6（E玻璃为6.6），损耗因子（1MHz）为0.0007（E玻璃为0.0012），常见的使用NE玻璃的材料如M7NE、IT968SE、IT988GSE等。

4.按照供应商所用树脂体系及其性能分类：

联茂Iteq：IT180A/IT170GRA1/IT958G/IT968/IT968SE/IT988GSE;
台耀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（射频PCB材料）等

5.按照损耗级别分类：

可以分为普通损耗板材（Df≥0.02）、中损耗板材（0.01<df<0.02）、低损耗板材（0.005<df<0.01）、超低损耗板材（df<0.005）。</df<0.02）、低损耗板材（0.005<df<0.01）、超低损耗板材（df<0.005）。

二、组成

印制电路板基材主要由三部分组成：树脂、增强材料、导电铜箔。但是每种成分的变化会产生很多种组合，市场上印制电路板基材种类繁多。随着欧盟限制使用有毒害物质指令（RoHS）的出台及无铅焊接工艺的出现，基材的选择变得越来越复杂。

1.树脂：

基材选择时重点关注电气性能、成本、可生产性。树脂种类繁多，如：环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯醚等。

2.增强材料：

印制电路板基材常用玻纤布作为增强材料。

2.1常规玻纤布

常规如106、1080、2116、3313和7628；
开纤玻璃布规格有1035、1078等。

2.2玻纤效应

常规玻纤布DK值约为6.0左右，树脂DK值约为3.0左右；由于单板上DK值不均匀，将引起以下问题：

1）阻抗一致性差：单板上不同位置阻抗差异，研究表明对于50欧姆的单端阻抗线，会导致阻抗产生约1-3欧姆的差异；
2）阻抗波动：同一阻抗线，由于不同位置介电常数不均匀，使得TDR曲线出现波动，影响信号传输质量。研究表明，对于50欧姆的单端阻抗线，径向会导致阻抗产生约3欧姆左右差异，纬向会导致阻抗产生约2.5欧姆左右差异。
3）信号延时不一致：信号传输速度与介电常数平方根成反比。介质不均匀使得两根差分信号产生不同信号延时，导致信号偏斜失真。

2.3玻纤效应改善

1）采用扁平玻纤布或NE玻纤布：扁平玻纤布技术是指在生产过程中，对电子玻纤布进行扁平化处理，提高其表面积。同时玻纤布扁平化处理后，表面相对平整，经纬之间的空隙更小，是印制电路板中玻纤与树脂相对均匀；常规E玻纤布DK为6.0，NE玻纤布DK为4.8，更接近树脂的DK。
2）研究表明，传输线与玻纤束交织为5-10度角度就可以缓解大部分玻纤效应。

3.铜箔：

印制电路板的铜箔主要由三种：压延铜箔（RA）、电解铜箔（ED）、铍铜；电解铜箔是采用电镀方式形成，铜微粒结晶状态为垂直针状，易在蚀刻时形成垂直的线条边缘，有利于精细线路的制作，但在弯曲半径小于5mm或者动态绕曲时，针状结构易发生断裂，因此常用于刚性板和一次性绕曲产品上；而压延铜箔采用压力压碾而成，铜微粒呈水平轴状结构，因此压延铜箔板材虽贵，但绕曲性能好；铍铜的绕曲性最好，但很少使用，多为客户提供。

3.1铜箔厚度

铜箔厚度的选择主要取决于导体的载流量和允许的环境工作温度。常规下，电流要求越大，设计线宽越宽，铜厚越厚。印制电路板铜箔厚度指成品厚度，图纸上应该明确标注为成品厚度。

3.2趋肤效应

由于趋肤效应，传输线多在导体表面传输，频率越高趋肤深度越小；传输信号的导体截面积变小，电阻增加导致导体损耗变大。不同频率下趋肤深度见下表。

当信号仅在“粗糙度”范围内传输时，相对于光滑导体而言，信号路径变长、损耗增加，信号在粗糙面上传输时，会产生严重“驻波”和“反射”等问题。

3.3趋肤效应改善

使用低粗糙度铜箔，如：RTF 、VLP、 HVLP等，可降低信号损耗。基材选用时，除了基材本身外，高速板材选用低粗糙度铜箔。