PCB的板材知识扫盲

一，板材
纸芯覆铜基板：
用浸渍纤维纸作增强材料，浸以树脂溶液并经干燥加工后，覆以涂胶的电解铜箔， 经高温高压的压制成型加工，所制成的覆铜板。
最常用的、 生产量最大的纸基覆铜板是FR-1板和XPC板。此类板材一般以单面铜箔为主，即单面板。
以下均以建滔板厂的板材做列举说明

优点：原材料成本低，因其质地较软可以冲孔，故在电路板制程中孔，加工成本低。
缺点：硬度相对较差,在潮湿环境下容易吸收水分，受高温热膨胀及冷却后收缩变化较大，且电器性能较纤维板低。（例:过波峰焊易变形）

布、纸组合覆铜基板：由玻纤布和漂白木浆纸做增强材料，分别浸上树脂制成面料和芯料，覆以铜箔经高温， 热压而成的，是复合基板具有代表性的产品之一，简称CEM-1。 性能一般较全纸基材料为佳。此类板材一般为单面覆铜板。


优点：复合纤维板成本较玻璃纤维板低，解决了纸板的硬度不足和纤维板不易冲孔问题。
缺点：电气性能虽接近玻璃纤维板，但仍不可完全替代FR-4材料，仅有部分要求不高的电路板可用此材料替代FR-4使用。
布、毡组合覆铜基板：
由玻纤布和玻璃毡做增强材料，分别浸上树脂制成面料和芯料，覆以铜箔经高温，热压而成的， 是复合基板具有代表性的产品之一，简称CEM-3。一般更适用于沖床工序，性能一般在CEM-1和FR-4材料之間。 此类板材单，双面覆铜均有。

玻璃布芯覆铜基板 (FR-4)：由玻纤布做增强材料，浸以树脂制，覆以铜箔经高温，热压而成的， 是电子线路板用量最大的一种产品，简称FR-4。
优点：高强度、抗热与火(不会燃烧)、抗化(不易腐蚀、不易长霉菌)、防潮、 热性(膨胀系数低、热传导系数高)、电性（不导电，绝缘）。
缺点：成本高，制作工艺要求高(例：不能冲孔)。
由于电子产业发展迅速，对覆铜板要求渐增， 衍生出不同的FR-4材料，例如：无铅基板和高速高频板。此类板材单双面覆铜均有。


树脂是PCB的主要成分，类似于人体的肌肉组织。不同类型的PCB使用不同的树脂混合材料。传统的FR4板材主要使用环氧树脂（Epoxy），而无铅（Lead Free）和无卤素（Halogen Free）板材则使用多种树脂和固化剂的组合。


  
二，参数

Tg值，即玻璃化转变温度：
PCB板材的树脂有三种力学状态，分别是玻璃态、高弹态和粘流态。
玻璃态：在低温时材料为固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的变形，此状态我们称为玻璃态。
高弹态：当温度升高到一定范围后，材料形变明显增加，并在随后的一定温度区间内形变相对稳定，此为高弹态。
粘流态：当温度继续升高，材料形变量又逐渐增大，材料逐步变成粘性的流体，此时形变不可恢复，此状态称为粘流态。
对于PCB材料来说，TG值越高，表示材料在高温环境下保持稳定性的能力越强，通常意味着更好的耐热性能和更高的可靠性。工作温度一旦高于板材的TG值 ，板材物理特性变化非常明显，如同玻璃加热软化，特别是CTE增长很快。

Td值，基材的热分解温度：
这是指材料开始发生化学分解的温度。TD值表示材料能够承受的最高温度。在实际应用中，通常希望PCB材料的TD值足够高，以确保在焊接和其他高温工艺中不会发生分解，一般按照重量减少5%的温度作为分解温度。

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，不会对板材造成任何损伤。
CTE值，热膨胀系数：
它是指材料受热后在单位温度内尺寸变化的比率，以每摄氏度变化百万分之几表示 (PPM)，基材的CTE在X、Y方向和Z方向不同。
X, Y 方向热膨胀系数是板材水平方向的热膨胀系数，是表征水平方向的变形量，主要是对pcb生产中各层线路图形变形量、焊盘及孔位置精度产生影响，此外在焊接时会因变成产生剪切或拉应力。
X, Y 方向热膨胀系数一般表示的是在30~130℃温度范围内的尺寸变化率。
还有另外一种表示方式,即基板从50℃等速升到260℃条件时的X, Y方向的尺寸变化率。
但是在水平方向上由于树脂被其中作为增强材料玻璃布的牵制, 在环境温度提高,树脂产生形变时, 覆铜板的X, Y 方向热膨胀系数都表现得变化不太明显，目前普遍情况在11~15ppm/℃。
Z方向热膨胀系数是板材厚度方向的膨胀系数，表征厚度方向的变形量，
板材受热膨胀后由于树脂的膨胀尺寸大于孔壁的铜层膨胀尺寸, 对孔壁铜层产生拉伸应力,会影响金属化孔的质量。
Z 方向热膨胀系数是在升高温度 50~260℃的条件下, 测量Z方向的总膨胀尺寸变化率。
由于温度在基材 Tg 以下，与达到 Tg及以上变化率表现出很大的差别，因此, 一般将厚度方向 (Z方向) 的热膨胀系数分为在Tg温度点以下和Tg温度点以上，通常Tg温度点以上的热膨胀系数是Tg温度点以下的5~6倍。
不同品牌、不同树脂体系、不同Tg的板材都有所差异，但相差不大，一般Tg点以下要求≤60ppm/℃，Tg点以上要求≤300ppm/℃，目前实际情况是FR-4板材Tg点以下在40~60ppm/℃，Tg点以上在200~300ppm/℃。

  
DK值，介电常数：
它是表示绝缘能力特性的一个系数（即描述绝缘材料在电场中存储电荷能力的系数）。DK值影响信号在PCB上的传输速度和信号完整性。不同的电路设计和工作频率可能需要特定的DK值，以优化性能。介质损耗(Df)必须小，这主要影响到信号传送的品质，介质损耗越小使信号损耗也越小。
DF值，损耗因子：
这是描述材料在电场作用下能量损耗的一个参数。DF值越低，表示材料的能量损耗越小，信号传输质量越高。在高频电路和高速数据传输应用中，DF值尤为重要。