學(xué)習(xí)如何PCB板材選型

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       目前最常用的板材類型那肯定是FR4，那什么是FR4?今天就來先了解下FR4.

       FR4是以環(huán)氧樹脂作為粘合劑，玻纖布作為增強材料的一種，也就是說只要使用這種體系的材料都可以叫做FR4，所以FR4是這種樹脂體系的統(tǒng)稱。

FR4具有電絕緣性能穩(wěn)定、平整度好、表面光滑、無凹凸、厚度公差標準等特點。

一、分類

1.根據(jù)用途不同分類：
一般稱為：FR-4 Epoxy Glass Cloth、絕緣板、環(huán)氧板、環(huán)氧樹脂板、溴化環(huán)氧樹脂板、FR-4、玻璃纖維板、玻纖板、FR-4補強板、FPC補強板、柔性線路板補強板、FR-4環(huán)氧樹脂板、阻燃絕緣板、FR-4積層板、FR-4光板、FR-4玻纖板、環(huán)氧玻璃布板、環(huán)氧玻璃布層壓板、線路板鉆孔墊板。

2.按照玻纖布編制命名分類：
如：106、1067、1080、1078、2116、2113、3313、7628等，這些事常用玻璃布的類型。當(dāng)然還有其他的，每種玻璃布在IPC規(guī)范中都有定義，所以不同廠家使用的同種玻璃布型號基本上都是大同小異的。

3.按照玻璃類型分類：
如：E玻璃（E-glass），E代表electrical，是電絕緣玻璃，一種鈣鋁硅酸鹽玻璃，其堿金屬氧化物含量很少（一般小于1%），所以又叫無堿玻璃，具有高電阻率。E玻璃現(xiàn)已成為玻璃纖維的最常用成分，很多材料如果沒有特別指定的話一般都是用的這種。

NE玻璃，又叫l(wèi)ow-DK玻璃，是日本日東紡織株式會社研發(fā)的低介電纖維玻璃，其介電常數(shù)（1MHz）為4.6（E玻璃為6.6），損耗因子（1MHz）為0.0007（E玻璃為0.0012），常見的使用NE玻璃的材料如M7NE、IT968SE、IT988GSE等。

4.按照供應(yīng)商所用樹脂體系及其性能分類：

聯(lián)茂Iteq：IT180A/IT170GRA1/IT958G/IT968/IT968SE/IT988GSE;
臺耀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（射頻PCB材料）等

5.按照損耗級別分類：

可以分為普通損耗板材（Df≥0.02）、中損耗板材（0.01<DF<0.02）、低損耗板材（0.005<DF<0.01）、超低損耗板材（DF<0.005）。

二、組成

印制電路板基材主要由三部分組成：樹脂、增強材料、導(dǎo)電銅箔。但是每種成分的變化會產(chǎn)生很多種組合，市場上印制電路板基材種類繁多。隨著歐盟限制使用有毒害物質(zhì)指令（RoHS）的出臺及無鉛焊接工藝的出現(xiàn)，基材的選擇變得越來越復(fù)雜。

1.樹脂：

基材選擇時重點關(guān)注電氣性能、成本、可生產(chǎn)性。樹脂種類繁多，如：環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯醚等。

2.增強材料：

印制電路板基材常用玻纖布作為增強材料。

2.1常規(guī)玻纖布

常規(guī)如106、1080、2116、3313和7628；
開纖玻璃布規(guī)格有1035、1078等。

2.2玻纖效應(yīng)

常規(guī)玻纖布DK值約為6.0左右，樹脂DK值約為3.0左右；由于單板上DK值不均勻，將引起以下問題：

1）阻抗一致性差：單板上不同位置阻抗差異，研究表明對于50歐姆的單端阻抗線，會導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約1-3歐姆的差異；
2）阻抗波動：同一阻抗線，由于不同位置介電常數(shù)不均勻，使得TDR曲線出現(xiàn)波動，影響信號傳輸質(zhì)量。研究表明，對于50歐姆的單端阻抗線，徑向會導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約3歐姆左右差異，緯向會導(dǎo)致阻抗產(chǎn)生約2.5歐姆左右差異。
3）信號延時不一致：信號傳輸速度與介電常數(shù)平方根成反比。介質(zhì)不均勻使得兩根差分信號產(chǎn)生不同信號延時，導(dǎo)致信號偏斜失真。

2.3玻纖效應(yīng)改善

1）采用扁平玻纖布或NE玻纖布：扁平玻纖布技術(shù)是指在生產(chǎn)過程中，對電子玻纖布進行扁平化處理，提高其表面積。同時玻纖布扁平化處理后，表面相對平整，經(jīng)緯之間的空隙更小，是印制電路板中玻纖與樹脂相對均勻；常規(guī)E玻纖布DK為6.0，NE玻纖布DK為4.8，更接近樹脂的DK。
2）研究表明，傳輸線與玻纖束交織為5-10度角度就可以緩解大部分玻纖效應(yīng)。

3.銅箔：

印制電路板的銅箔主要由三種：壓延銅箔（RA）、電解銅箔（ED）、鈹銅；電解銅箔是采用電鍍方式形成，銅微粒結(jié)晶狀態(tài)為垂直針狀，易在蝕刻時形成垂直的線條邊緣，有利于精細線路的制作，但在彎曲半徑小于5mm或者動態(tài)繞曲時，針狀結(jié)構(gòu)易發(fā)生斷裂，因此常用于剛性板和一次性繞曲產(chǎn)品上；而壓延銅箔采用壓力壓碾而成，銅微粒呈水平軸狀結(jié)構(gòu)，因此壓延銅箔板材雖貴，但繞曲性能好；鈹銅的繞曲性最好，但很少使用，多為客戶提供。

3.1銅箔厚度

銅箔厚度的選擇主要取決于導(dǎo)體的載流量和允許的環(huán)境工作溫度。常規(guī)下，電流要求越大，設(shè)計線寬越寬，銅厚越厚。印制電路板銅箔厚度指成品厚度，圖紙上應(yīng)該明確標注為成品厚度。

3.2趨膚效應(yīng)

由于趨膚效應(yīng)，傳輸線多在導(dǎo)體表面?zhèn)鬏?，頻率越高趨膚深度越小；傳輸信號的導(dǎo)體截面積變小，電阻增加導(dǎo)致導(dǎo)體損耗變大。不同頻率下趨膚深度見下表。

當(dāng)信號僅在“粗糙度”范圍內(nèi)傳輸時，相對于光滑導(dǎo)體而言，信號路徑變長、損耗增加，信號在粗糙面上傳輸時，會產(chǎn)生嚴重“駐波”和“反射”等問題。

3.3趨膚效應(yīng)改善

使用低粗糙度銅箔，如：RTF 、VLP、 HVLP等，可降低信號損耗?；倪x用時，除了基材本身外，高速板材選用低粗糙度銅箔。