PCB材料选择指南

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• 热性能
• 电气特性
• 功率和热量对 PCB 材料选择的影响
• 柔性和刚柔结合板
• 从 Millennium Circuits Limited 购买 PCB

对于所有 PCB 材料类型，其目的是导电并在铜导电层之间提供绝缘。 FR-4 是该类别中使用最广泛的材料。但是，您的电路板的需求将始终依赖于各种 PCB 材料特性。阅读以下 PCB 材料选择指南，了解在涉及不同 PCB 材料类型的热、电气、化学和机械性能时应注意什么。

PCB 材料选择、分类和基板特性考虑

热性能

• 玻璃化转变温度（Tg）： PCB 基板在暴露于高于某个阈值的温度时会软化。一旦从热源中移除，基材就会硬化回其自然状态。这种转变可以应用于基板的范围称为玻璃化转变温度 (Tg)，单位为摄氏度。
• 分解温度（Td）： 当暴露于超过某个阈值的温度时，PCB 基板会分解。在此过程中，PCB 会损失其总质量的 5% 或更多。该过程发生的温度范围称为分解温度 (Td)，以摄氏度为单位。一旦材料从其玻璃化转变温度移出，Tg 转变的影响会自行逆转，而分解温度对基材的影响是永久性的。因此，最好使用能够处理工作环境温度范围的 PCB 材料。焊接 PCB 基板所需的温度通常在 200°C 到 250°C 之间。理想情况下，Tg 应低于该范围，Td 应更高。
• 热膨胀系数 (CTE)： PCB 的膨胀率称为其 CTE。当基材暴露在超过其 Tg 的温度下时，材料的 CTE 也会升高，以百万分之几 (ppm) 为单位测量。基板通常具有比铜层高的 CTE。这种差异有时是加热时互连问题的根源。由于 PCB 材料周围的编织玻璃的限制，CTE 通常在 X 和 Y 轴上的 10 到 20 ppm 范围内。即使温度超过 Tg 阈值，CTE 也保持不变。整个轴的 CTE 应保持在最低限度，因为这是材料膨胀的方向。为安全起见，建议 CTE 为 70 ppm 或更低。

• 热导率（k）： PCB 的导热特性称为热导率 (k)。材料的热导率与 PCB 传热的能力直接相关。如果 k 水平较低，则传热水平也较低，反之亦然。导热率在开尔文 (K) 时以瓦每米 (W/M) 为单位测量。许多介电材料的导热率范围在 0.3 和 6 W/mk 之间 相比之下，铜的 k 级为 386 W/M -℃。因此，铜层比 PCB 中的电介质传输热量更快。

电气特性

• 介电常数或相对介电常数（Er 或 Dk）： 决定介电常数电气性能的两个最重要因素是阻抗和信号完整性。 PCB材料的介电常数（Er）或相对介电常数（Dk）一般在3.5到5.5之间。材料的 Er 水平取决于频率，通常会随着频率的升高而下降。某些 PCB 材料的 Dk 水平变化小于其他材料。为了使材料在涉及高频的应用中安全，它必须在很宽的频率范围内保持稳定的介电常数。

• 介电损耗角正切或损耗因数（Tan δ 或 Df）： 如果材料的损耗角正切较低，则材料的功率损失较小。印刷电路板所用材料的介电损耗角正切（Tan δ）一般在0.02到0.001的范围内。前一个数字适用于更广泛使用的材料。但是，后一个数字通常适用于高端材料。 Tan δ 也随着频率的增加而增加。对于数字电路，损耗角正切通常是次要因素。对该规则的期望将包括频率水平超过 1Ghz 的任何应用。损耗角正切对模拟信号更为重要。
• 体积电阻率（ρ）： 介电材料对绝缘或电的电阻称为其体积电阻 (ρ)。具有高电阻率的 PCB 材料不太可能促进电荷。欧姆表 (Ω-m) 以及欧姆厘米 (Ω-cm) 用于测量给定电介质的电阻率。与所有介电绝缘体一样，印刷电路板上的材料必须具有高电阻率，最好在 10 ³ 范围内 到 10 ¹⁰ 兆欧-厘米。热、冷和湿气等外部因素会影响材料的电阻率。
• 表面电阻率 (ρS)： 介电材料对绝缘和电的表面电阻称为表面电阻率 (ρS)。与材料的 ρ 水平一样，ρS 必须很高，最好在 10 ³ 范围内 到 10 ⁹ cMegaohms 每平方。与 ρ 一样，材料的 ρS 水平会受到极端温度和湿度的影响。
• 电气强度： 在印刷电路板的 Z 方向上，介电材料抵抗电击穿的能力称为电气强度，单位为伏特/密耳。大多数 PCB 材料的电气强度介于 800 V/mil 和 1500 V/mil 之间。

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功率和热量对 PCB 材料选择的影响

化学性质

• 可燃性规格 (UL94)： 塑料的阻燃性能（也称为塑料可燃性）在《设备和器具零件塑料材料可燃性安全标准》（UL94）中从高到低排列。 UL94 中对 PCB 材料的要求规定，在火焰燃烧下，试样的燃烧时间不能超过 10 秒。对于一组五个试样，组合试样在火焰燃烧下的燃烧时间不能超过 50 秒。
• 吸湿性： 当浸没在液体中时，介电材料承受这种暴露的能力称为吸湿性。大多数 PCB 材料的吸湿值在 0.01% 到 0.20% 之间。电介质的电特性和热特性都会受到材料吸湿性的影响。
• 耐二氯甲烷： PCB 材料的耐化学性称为耐二氯甲烷 (MCR)，它最直接地测量电介质对二氯甲烷吸收的抵抗力。电介质的 MCR 通常在 0.01% 到 0.20% 之间。

柔性和刚柔结合板

机械性能

• 剥离强度： 印刷电路板中介电层和铜层之间的粘合能力称为剥离强度。在 PCB 制造阶段，在以下三种条件下对 1 盎司厚的铜迹线进行剥离强度测试：热应力后、高温下和化学暴露后。
• 抗弯强度： 介电材料在不断裂的情况下承受物理应力的能力称为抗弯强度，以千克/平方米或磅/平方英寸为单位。为了测试印刷电路板的弯曲强度，在中心施加力，而仅支撑末端。介电强度也通过拉伸模量来衡量，它决定了 PCB 材料的应力/应变比以及它在每个方向上的保持情况。拉伸模量通常被称为杨氏模量，一些制造商用它来代替弯曲强度，作为衡量 PCB 承受应力能力的指标。
• 密度： 介电材料的密度以克每立方厘米 (g/cc) 为单位。或者，PCB 密度也可以以磅/立方英寸 (lb/in^3) 为单位。
• 分层时间： 介电材料抵抗引起分层的影响的持续时间称为“分层时间”，它决定了当暴露于超过某个阈值的温度时，PCB 的各层需要多长时间才能相互松开。 PCB 材料（无论是层压板还是玻璃纤维）在暴露于热冲击或湿气时也会分层。

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HDI 考虑材料

劣质铜箔和电介质等因素会影响 PCB 的机制。通过正确选择介电材料，可以防止电路板发出错误信号。

电介质的分子性质会使您的系统容易受到损失。每次产生信号时，分子内的磁场都会振动。其影响由信号频率的高度决定。当振动确实发生时，能量会变成热量，从而在系统中损失掉。

铜导体也可能是系统内损耗的一个原因。当电子偏离导体中心时，频率会上升。例如，镀镍铜导体会出现损耗，因为大量电流流过镍而不是铜。如果存在微脊，则完全由铜组成的导体也会出现损耗，因为它们会上下传递电流并产生电阻。

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您可以选择哪些功能？

为防止系统损耗，请检查以下两个类别中的选项，以确保选择最适合高频的材料：

• 基材： 印刷电路板的基板内包含各种材料，例如环氧树脂和玻璃纤维。基板必须具有低介电常数才能生产高频电路。
• 箔片： 有几种不同类型的箔可以应用于铜。选择能够最可靠地最小化电阻的铜。

低质量和不匹配的基板和箔片可能会导致代价高昂的损失，但正确的选择可以帮助您获得持久的 PCB 性能。

最佳实践和进一步考虑

要为高频应用选择最佳基板和箔片，您需要牢记一些做法：

• 匹配介电常数： 在印刷电路板上，不同介电常数的 Dk 需要相互匹配。如果 Dk 的矛盾，很可能会出现问题。 DK 不匹配的一个例子可能是树脂与编织层配对。
• 匹配热膨胀系数 (CTE)： 在与温度有关的基材质量中，CTE 是最重要的。与 Dk 一样，两个基板之间的 CTE 必须匹配。否则，两种基材可能会以不同的速度和稠度膨胀。在制造过程中，不同的 CTE 可能会导致缺陷。使用 PCB 时，冲突的 CTE 可能会影响 Dk。
• 紧密基材编织： 基材必须紧密编织，以使材料和网眼正确相互作用。否则，DK 将受到负面影响。
• 不要使用 FR-4： 由于成本低廉，FR-4 是一种常见的选择。然而，对于产生高频的电路，FR-4 是一种不合适的材料。
• 只使用光滑的箔片： 为了减轻最高频率的损耗，请使用光滑的铜箔。
• 使用导电箔： 不良导体会对电路产生阻尼作用。为确保不会发生这种情况，请仅使用正确的导电箔。

就 PCB 而言，性能就是质量，您只能通过高质量、匹配良好的部件来确保这一点。当您浏览目录并考虑哪种 PCB 最适合您的需求时，请牢记以下注意事项：

• 费用： 高质量的基板可能是一笔可观的投资。事实是，在印刷电路板方面，您一分钱一分货。如果您不愿意进行适当的投资，那么您可能会因为部件故障而损失更多。

• 制造缺陷： 对于任何设计为在高频下工作的材料，最好仔细检查可能存在的缺陷，这些缺陷在 PTFE 和某些其他材料中很常见。

当您选择合适的材料、投入适量的现金并检查制造缺陷时，您更有可能获得多年的性能而不会损失印刷电路板。

从 Millennium Circuits Limited 购买 PCB

Millennium Circuits Limited (MCL) 提供一流的印刷电路板。我们提供的每块 PCB 都具有竞争力的价格和完美的设计。作为宾夕法尼亚州领先的 PCB 供应商，我们在 MCL 的使命是为各种规模的订单量提供最优质的服务。

从我们在宾夕法尼亚州哈里斯堡的卑微开始，到我们现在宽敞的总部，我们通过专业生产的 PCB 接触了世界各地的数百名客户。今天，我们在本地和海外提供 PCB，这让我们的客户在选择 MCL 作为 PCB 来源时具有更大的灵活性。

在连续三年被评为“宾夕法尼亚州中部增长最快的 50 家公司”之后，MCL 在 2015 年跻身该州 250 强公司之列——对于一家仅在 10 年前成立并打算最终成长为领先的印刷电路板供应商。凭借我们 98% 的“优秀”质量评级和 99% 的准时交货记录，MCL 的团队可以为您提供最好的客户服务。要了解有关我们 PCB 的更多信息，请点击我们的产品和服务页面并立即联系我们以与我们的代表联系。

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