PCB 覆铜板层压材料终极指南：工程师必读

人们常忽视印刷电路板结构的复杂性。由于我们将 PCB 用于不同应用领域，每个领域都需要特定材料。层压材料是必不可少的材料。制造商使用它们开发和制造 PCB。因此，了解可用的各种层压材料至关重要。本指南将探讨您需要了解的关于 PCB 层压材料的一切。

什么是 PCB 层压材料？

持有层压板的微型 PCB 制造机器人装置

通常，PCB 有四层：丝印、阻焊层、铜箔和基板（自上而下）。因此，这些层必须结合在一起，才能成为 PCB 的功能性结构。因此，PCB 层压材料的目的是将 PCB 层固定在一起。

层压材料通常是覆铜材料，典型地由树脂片组成。制造商用于构建层压材料的树脂通常是环氧基的。然而，它也可以由其他织物组成。不过，制造商首先使用热固性树脂固化片材以制造层压板。接下来，我们在集合体的每一平面侧施加两层铜箔，将这些树脂片压缩在一起。

最后，制造商施加热量和压力，直到片材结合在一起。层压板硬化后，类似于塑料或硬玻璃状材料。

层压材料与预浸料的区别是什么？

生产预浸料材料的碳纤维技术设施
来源：Flickr (CC – Generic)

预浸料通常是增强玻璃纤维片。预浸料制造商通过使用环氧树脂等固化剂预浸渍这些玻璃纤维片来开发它们。因此，这与开发层压材料的过程截然不同。层压材料通常由预浸料片组成。预浸料只是固化和浸渍的织物。相反，层压材料是加压和加热的材料片。

PCB 层压材料类型

印刷电路板集合

如前所述，我们针对不同应用使用不同的 PCB。例如，器件元件制造商可能在紧凑设备中使用柔性 PCB。最常见的 PCB 层压材料类型有：

FR-4 (FR4)

覆铜 FR-4 PCB

FR-4 指玻璃纤维增强环氧树脂层压板。它是一种阻燃材料。因此得名 FR-4 (FR = Flame Retardant)。尽管如此，FR-4 是 PCB 基板最流行的材料。这归因于其高机械和电气强度。此外，当制造商应用添加剂时，它具有高热耗散性。此外，这些添加剂可提高材料的稳定性、可靠性和功率规格。

尽管如此，FR-4 可容纳高层数电路，因为其恒定性。因此，它适合高频 PCB 制造。

聚酰亚胺

使用聚酰亚胺材料的柔性 PCB
来源：Wikimedia Commons

制造商看重聚酰亚胺层压板的固有高热效率。此外，它们往往比 FR-4 材料更可靠。这主要归因于其低热膨胀。因此，设备制造商将其用于人们在恶劣环境中使用的电子产品。此外，这使它们高度适合需要多层的 PCB 设计。然而，制造商使用此材料制造柔性 PCB。

特氟龙

制造商通常使用特氟龙层压板开发高速 PCB。顺便说一下，这是由于其卓越的电气性能。就像 FR-4 一样，制造商可以向特氟龙添加添加剂以增加其机械应力。

特氟龙是最昂贵的层压材料之一。因此，它是 PCB 制造和加工中最不流行的材料之一。此外，制造基于特氟龙的层压板需要技巧、高超专业知识和专用设备。

高 Tg 环氧树脂

高 Tg 环氧树脂是一种具有高玻璃化转变温度（即玻璃化温度）的层压材料。由于这一属性，它具有极佳的耐热性。因此，它高度适合用于工业应用和机械。此外，高 Tg 环氧树脂具有卓越的化学和防潮性能。制造商通常用它构建多层 PCB。

BT-环氧树脂

BT-环氧树脂是双马来酰亚胺三嗪和环氧树脂的组合。制造商看重它，因为它能在极端温度下保持结构。它具有优异的电气和机械性能。因此，它高度适合军事和工业应用。尽管如此，无铅和多层 PCB 是最常使用 BT-环氧树脂层压板的 PCB。

其他材料

玻璃纤维材料

上述材料不是制造商用于生产层压板的唯一材料。例如，我们使用覆铜层压板用于高频 PCB。此外，我们可能使用陶瓷织物、氰酸酯和其他树脂及化学组合。

然而，这些材料可能不值得一提，因为制造商不像本指南中的其他材料那样广泛实施它们。此外，它们可能也更昂贵且更难加工。

层压材料的属性

当为您的 PCB 选择合适的材料和层压板时，请考虑一些属性。这些属性可以是热学、机械或电气的。本节将探讨这些属性。

热学属性

PCB 因短路而烧毁

• 玻璃化转变温度 (Tg)：层压材料在达到一定温度范围时失去结构完整性。因此，我们使用玻璃化转变温度来帮助识别层压材料软化和硬化的时刻。
• 分解温度 (Td)：描述层压材料开始遭受永久损坏（熔化）的温度点。因此，重要的是使用工作温度低于分解范围的 PCB 层压材料。
• 热膨胀系数 (CTE)：描述层压材料的膨胀率。如果我们引入超过其 CTE 阈值的热量，它将开始膨胀。因此，在将 PCB 集成到设备时，了解热膨胀系数很重要。
• 热导率 (k)：描述层压材料传导或传递热量能力的属性。用开尔文表示。

电气属性

印刷电路板微距照片

• 介电常数 (ϵr)：描述层压材料的电学相对磁导率。本质上，它可在 3.5 至 5.5 ϵr 之间变化。
• 介质损耗角正切 (tan δ)：表示层压材料中电能可量化扩散。通常，PCB 层压材料的 tan δ 在 0.02 和 0.0001 之间。
• 电气/体积电阻率 (ρ)：表示层压材料抵抗电流的能力。通常，层压材料的电阻率在 10³ 至 10¹⁰ Ω·m (兆欧) 之间。
• 表面电阻率 (ρS)：表示层压材料的外部电阻率。湿度和温度可能影响它。
• 电气强度：表示层压材料抵抗电气击穿的能力。顺便说一下，人们也称之为介电强度。我们用伏特/米表示。

化学属性

浸泡在水和肥皂中的印刷电路板

• 可燃性：表示层压材料抵抗火焰点燃的属性。虽然大多数层压材料倾向于不燃，但它们仍可能遭受外部火灾。因此，此属性表示层压材料在火焰中燃烧多久。
• 吸湿性：表示层压材料能抵抗多少大气潮湿。特别是当我们将层压材料浸入水中时。尽管如此，此值影响层压材料的热学和介电属性。
• 二氯甲烷耐受性：表示层压材料的化学耐受性。具体指二氯甲烷（或亚甲基氯化物）。

机械属性

使用微型 PCB 的内存模块自动化生产

• 剥离强度：指连接层压材料各层的结合强度。
• 弯曲强度：描述层压材料抵抗物理应变的能力。基本上，它是抗拉强度。本质上，此属性表示您可以在层压材料最终断裂前施加多少压力并弯曲它。
• 密度：指层压材料的质量或厚度。
• 分层时间：表示层压材料在阈值温度以上能承受多长时间才开始解构。

如何选择 PCB 层压材料

钻孔印刷电路板的机器

当您考虑电气/PCB 层压材料的材料时，除了技术规格或属性外，还有几件事要考虑。其他必须考虑的方面包括：

成本

选择 PCB 层压材料时，成本应始终首先考察。虽然采购最昂贵材料似乎合理，但可能不适合大规模生产。再次强调，FR-4 是最流行的 PCB 层压材料。因此，它是最便宜的采购材料。它具有高可靠性，适合单层和多层 PCB。虽然您可以采购更昂贵的材料集成到设计中（如金），但应考虑更务实的方法。我们建议购买既能满足您所有需求又能为您省钱的面料。

质量

绿色原型板集合

质量与成本略有交集。高质量材料往往更昂贵。然而，您仍可在这两个方面取得平衡。因此，您应从以合理价格销售优质面料著称的批发商或生产商处采购材料。

PCB 制造商

自动烙铁焊接 PCB

当为您的层压材料选择材料（最终将成为您的 PCB）时，最好与信誉良好的 PCB 制造商合作。该制造商应对您计划集成到层压材料中的材料具有高度经验。制造商应熟悉各种玻璃纤维和织物风格。

此外，他们应能够验证您的 PCB 设计和材料选择。我们从原型制作到量产，以现代化工厂为您提供保障。请联系 Wellpcb.com 满足您所有的 PCB 制造需求。

总结

带屏蔽材料的 PCB

在 PCB 出现之前，电子设备制造商不得不依赖点对点结构和缠绕线设计。可以肯定地说，现代 PCB 使当前电子技术成为可能。印刷电路板的有效性高度依赖于其使用的材料。正如上述指南所强调的，这就是为什么层压材料和层压材料如此重要。尽管如此，我们希望您发现此指南有帮助。一如既往，感谢您的阅读。