PCB材料简单介绍

news/2025/1/12 1:42:40/

1.铜箔
在电路板中,铜是最主要的导电材料,电路板上的信号基本都是由铜箔蚀刻而成的。
铜厚是工程师在做叠层设计时需要考虑的设计指标参数,对于高速电路设计,随着频率的提高,还需要考虑信号传输的趋肤效应影响,因为在高速电路设计中,铜箔的粗糙度会影响信号的传输质量。

电解铜箔(Electrodeposited copper foil)
通过电镀的方法,在硫酸铜镀液环境下,巨型镀槽的阴阳极距离极小,不锈钢阴极轮以高速旋转冲击镀液,加上高电流(600ASF),在光滑的滚轮表面可撕出片状连续的铜箔,经瘤化处理(增加表面积)、耐热层处理(隔绝胺类引发的爆板)以及抗氧化处理(防锈防污)后成为商品铜箔。
朝向滚轮的一面称为光面(Drum Side),朝向镀液的一面称为毛面(Matte Side)。

压延铜箔(rolled-wrought copper foil)
由铜矿石提炼出粗铜,经过熔炼加工、电解提纯使纯度达到99.9%,并制成约2mm厚的铜锭。将铜锭作为母材,经酸洗、去油,反复多次在800°C以上的高温下进行热辊轧、压延(长方向)加工。

对于AN-W型压延铜箔,在以上加工后,进行高温退火,达到再结晶软化,再进行冷压延,如此反复加工到要求的厚度。对于LTA-W型压延铜箔,则只进行冷压延加工。

当以上两类压延铜箔制成小于0.1mm的生箔后,再在表面进行粗化处理、耐热层处理、防氧化处理等一系列表面处理。

电解铜箔应用在绝大多数的线路板上,主要是硬板(Rigid Board),而压延铜箔主要用在对弯曲、拉伸强度有较高要求的挠性板(Flexible)上。
在这里插入图片描述
按铜箔性能可分为以下几种:

高温延伸性铜箔(HTE: High temperature elongation electrodeposited)
多层印制电路板在压合的时候热量会使铜箔发生再结晶现象,因此需要铜箔在高温(180°C)下扔保持常温时的稳定性。特点主要表现在尺寸稳定性,高柔韧性,多用于FR-4材质的多层板中。

反面处理铜箔(RTF: Reverse treated copper foil)
基板铜箔光面朝内,毛面朝外,这样可以:
改善良品率:减少短路,由于其黏着表面菱线非常低,蚀刻时不会有残铜发生
减少断路,由于干膜可以黏着非常强固,所以可以将断路概率降至最低
缩短制程:速度提升,蚀刻速度较快,棕化处理较迅速
线路可靠性:线间及层间具有较好的绝缘功能,并具有较高的蚀刻因子

双面处理铜箔(DST: double-side treatment copper foil)
光面和粗面都做粗化处理,目前主要目的是降低成本,对光面进行粗化处理可以省掉压膜前的铜面处理以及棕化步骤。

超低菱线铜箔(VLP: Very low profile copper foil)
硅化处理(Low profile)传统铜箔粗面处理其菱线粗糙度,不利于细线路的制造,因此必须设法降低菱线高度。VLP对光面也做了处理,因此改善了这个问题。

超薄铜箔(UTF: Ultra thin copper foil)
一般所说薄铜箔是指0.5 oz (17.5 micron)以下,3/8 oz 以下由于太薄不容易操作,需要另加载体(Carrier)才可以做各种操作(称为复合式copper foil),否则容易造成损伤。一般用的载体有两类,一类是以传统ED铜箔为载体,厚约2.1mil;另一类载体是铝箔,厚度约3mil。

超薄铜箔最不容易客服的问题就是“针孔”或“疏孔”,由于厚度太薄,电镀时无法将疏孔完全填满。解决办法是降低电流密度,让结晶变细。细线路,尤其是5mil以下更需要超薄铜箔,减少蚀刻时的过蚀与侧蚀。

标准电解铜箔(STD)
一般,标准铜箔(STD)的粗糙度大小约为7-8μm,反转铜箔(VLP)的粗糙度大小约为4-6μm,低粗糙度铜箔粗糙度大小约为3~4μm,超低粗糙度铜箔粗糙度大小约为1.5-2μm。

2.半固化片(PP)和芯板(Core)
PCB的基材主要包含半固化片和芯板,芯板是由半固化片和铜箔组成的。

PP由玻纤布(Glass fabric)、树脂(Resin)、硬化剂(Dicyandiamide)、速化剂(Accelerator)、溶剂(Solvent)、填充剂(Additive)组成。
半固化片就是大家通常所说的介质(Dielectric Layer)。

在这里插入图片描述
PP的表面没有铜箔,其由半固态树脂和玻璃纤维组成, 相比Core要软一些 ,其构成所谓的浸润层,在PCB中主要起填充作用,用以粘合芯板Core。

玻纤布按玻纤的制成方式分为连续式(Continuous)和不连续式(discontinuous)。连续式用于织成玻璃布(fabric),用在FR4等基材上,不连续式可做成片状玻璃席(Mat),用在CEM3等基材上。

按组成不同,玻璃的等级可分为四种:A级为高碱性,C级为抗化性,E级为电子用途,S级为高强度。使用最广泛的是电子级玻璃布(E-Glass)

玻纤布主要特点包括高强度、抗热与火、抗化性、防潮、热性质和抗电性。

玻璃纤维布主要填充在树脂内部,可以增加PCB的X-Y方向的机械强度。在选择时主要考虑玻纤布的编制数量和类型,以及是否为低损耗的玻纤布。

玻璃纤维布有两个编织方向,其中横向的一般称为“纬纱”,纵向的一般称为“经纱”。玻璃纤维布有多种型号,每种型号的经纬向编织数量也不太一样。

芯板:
基材是PCB厂的称呼,是制作PCB的基础材料,又称为芯板,Core等,在CCL(Copper Clad Laminate)厂又叫覆铜板。Core是将玻纤布或其它增强材料浸以树脂,一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料,担负着(PCB)导电、绝缘、支撑三大功能。

按树脂类型以及应用类型分为以下几类:
纸基酚醛板:包括XPC、XXXPC、FR-1及FR-2,组成为酚醛树脂与纤维纸
CEM-1/CEM-3:表面均使用玻璃布,CEM-1内芯是纤维纸,CEM-3内芯是玻璃毡
FR-4基材:通常指玻璃布基含浸环氧树脂的基材
高性能基材:其他特殊的/非酚醛/非FR-4类树脂基材,也包括Aramid、RCC等新发展的材料
无卤素基材:使用无卤素树脂体系的基材。
正常PCB常用的是FR-4基材。

3.介电常数(Dk)
介电常数是介质材料的一个物理特性,表征的是电介质或绝缘材料电性能,它是一个无量纲常数,其直接关系到传输线的阻抗和信号在PCB中传输的速度。
影响介电常数的主要因素就是介质本身组成的物质,如对于FR4类型的材料,影响其介电常数的主要原因是树脂的类型、玻璃纤维布的类型和树脂的含量等。

常见介质的介电常数

在这里插入图片描述
4.介质损耗角(Df)
Df即Dissipationfactor的简称,中文名叫介质损耗因子,又叫阻尼因子、内耗(internal dissipation)或损耗角正切(loss tangent),是材料在交变力场作用下应变与应力周期相位差角的正切,也等于该材料的损耗模量与储能模量之比(通俗讲就是信号线中已漏失在绝缘板材中的能量,与尚存在线中能量的比值)。损耗与Dk&Df关系密切,如下为介质损耗的近似计算公式。

在这里插入图片描述介质损耗角越大,单位长度的传输线的能量损耗就越多。

5.什么是FR4?

FR-4是一种耐燃材料等级的代号,所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格,它不是一种材料名称,而是一种材料等级,因此一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类,但是多数都是以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。

FR-4环氧玻璃布层压板,根据使用的用途不同,行业一般称为:FR-4 Epoxy Glass Cloth、绝缘板、环氧板、环氧树脂板、溴化环氧树脂板、FR-4、玻璃纤维板、玻纤板、FR-4补强板、FPC补强板、柔性线路板补强板、FR-4环氧树脂板、阻燃绝缘板、FR-4积层板、环氧板、FR-4光板、FR-4玻纤板、环氧玻璃布板、环氧玻璃布层压板、线路板钻孔垫板。主要技术特点及应用:电绝缘性 能稳定、平整度好、表面光滑、无凹坑、厚度公差标准,适合应用于高性能电子绝缘要求的产品,如FPC补强板、PCB钻孔垫板、玻纤介子、电位器碳膜印刷玻璃纤维板、精密游星齿轮(晶片研磨)、精密测试板材、电气(电器)设备绝缘撑条隔板、绝缘垫板、变压器绝缘板、电机绝缘件、研磨齿轮、电子开关绝缘板等。


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