PCB板材的结构与功用介绍

中信华 · 发表于 2020-12-18 14:26:25

　　PCB板材的结构与功用介绍

　　PCB基材由铜箔层(Cooper Foil)、补强材(Reinforcement)、树脂(Epoxy)等三种主要成份构成，自从无铅(Lead Free)制程开始后，第四项粉料(Fillers)才被大量加进PCB板中，以此来提高PCB的耐热能力。

　　PCB板材的结构与功用介绍

　　我们可以把铜箔想像成人体的血管，用来输送重要的血液，让PCB起到活动能力；补强材则可以想像成人体的骨骼，用来支撑与强化PCB不至于软蹋下来；而树脂则可以想像是人体的肌肉，是PCB的主要成分。

　　下面就来说说说这四种PCB材料的用途、特性与注意事项。

　　1、Copper Foil（铜箔层）

　　Electric Circuit：导电的线路。
　　Signal line：传送讯息的讯(信)号线。
　　Vcc：电源层、工作电压。最早期的电子产品的工作电压大多设为12V，随著技术的演进，省电的要求，工作电压慢慢变成了5V、3V，现在更渐渐往1V移动，相对地铜箔的要求也越来越高。
　　GND(Grounding)：接地层。可以把Vcc想成水塔，当水龙头打开以后，透过水的压力（工作电压）才会有水(电子)流出来，因为电子零件的作动都是靠电子流动来决定的；而GND则可以想像成下水道，所有用过或没用完的水，都经由下水道流走。
　　Heat Dissipation：散热用。大多数的电子元件都会耗用能量而产生热能，这时候需要设计大面积的铜箔来让热能尽快释放到空气当中，否则不只人类受不了，就连电子零件也会跟著当机。

　　2、Reinforcement（补强材）

　　选用PCB补强材的时候必须具备下列的各项优异特性。而我们大部分看到的PCB补强材都是玻璃纤维(GF, Glass Fiber)制成，仔细看的话玻璃纤维的材质有点像很细的钓鱼线，因为具备下列的个性优点，所以经常被选用当PCB的基本材料。
　　High Stiffness：具备高刚性，让PCB不易变形。
　　Dimension Stability：具备良好的尺寸安定性。
　　Low CTE：具备低的热胀率，防止PCB内部的线路接点不至于脱离造成失效。
　　Low Warpage：具备低的变形量，也就是低的板弯、板翘。

　　3、Resin Matrix（树脂混合材）

　　传统FR4板材以Epoxy为主，LF(Lead Free)／HF(Halogen Free)板则采用多种树脂与不同固化剂与之搭配，使得成本上升，LF约20%，HF约45%。
　　HF板材易脆易裂且吸水率变大，厚大板容易发生CAF，需改用开纤布、扁纤布，并强化含浸均匀之物质。

　　良好的树脂必须具备下列的条件：

　　Heat Resistance：耐热好。加热焊接两～三次后不会爆板，才叫耐热性好。
　　Low Water Absorption：低的吸水率。吸水是造成PCB爆板的主要原因。
　　Flame Retardance：必须具备阻燃性。
　　Peel Strength：具备高的抗撕强度。
　　High Tg：高的玻璃态转换点。Tg高的材料大多不易吸水，不吸水才是不爆板的根本原因，而不是因为高Tg。
　　Toughness：良好的韧度。韧度越大越不容易爆板。 Toughness又被称作破坏能量，韧度越好的材料其承受衝击忍受破坏的能力就越强。
　　Dielectric properties：高的介电性，也就是绝缘材料。

　　4、Fillers System（粉料、填充料）

　　早期有铅焊接的时候温度还不是很高，PCB原本的板材还可以忍受，自从进入无铅焊接后因为温度加高，所以粉料才加进PCB的板材中来将强PCB抵抗温度的材料。
　　Fillers应先作藕合处理以提高分散性与密著性。
　　Heat Resistance：耐热好。加热焊接两～三次后不会爆板，才叫耐热性好。
　　Low Water Absorption：低的吸水率。吸水是造成PCB爆板的主要原因。
　　Flame Retardance：必须具备阻燃性。
　　High Stiffness：具备高「刚性」，让PCB不易变形。
　　Low CTE：具备低的热胀率，防止PCB内部的线路接点不至于脱离造成失效。
　　Dimension Stability：具备良好的尺寸安定性。
　　Low Warpage：具备低的变形量，也就是低的板弯、板翘。
　　Drill processibility：因为粉料的高刚性与高韧性，所以造成PCB钻孔的困难度。
　　Heat Dissipation(due to high thermal conductivity) ：散热用。