周详PCB基板的材质、结构和热机能要求

这些产品哀求基板材质具有高耐热性、良好的机器性能、低介电常数、低热膨胀系数等哀求，它们的层数构造及制作工艺也变得更为繁芜。

高密度组装PCB的基本材质特性和哀求

高性能有机硬性 PCB 基材，常日是由介电层（环氧树脂、玻璃纤维）和高纯度的导体（铜箔 ）两者所构成的。
我们评估印制线路板基材质量的干系参数 ，主 要 有 玻 璃 化 转 温 度 Tg 、热膨胀系数 CTE、基材的耐热分解韶光和分解温度 Td、电气性能、PCB 的吸水率、电迁移性CAF等。

印制基板材质基本特性

在一些低端产品上，会用到棉质或纸质芯复合股料基板，不过这种材质的 PCB 板耐热性差、疏松易断、易受潮，在无铅焊接制程中会有起泡、发黄或分层等问题。
对付繁芜的精密电子组装板，常日须采取环氧树脂玻璃布复合基板，或者特性较好的复合股料等，它们的热性能和机器强度较好，用于精密产品上无问题；而金属基板和陶瓷基板仅用于分外产品上。
印制电路板的基板材料多种多样，常见的质料构造和基板特性可参考图表：

PCB 基材因此玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”，板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易波折的材质所制作成的。
在新一代精密电子高密度互连多层电路板上运用广泛，它们对付基板的热性能、机器性能、环保哀求都变得更为严格，层数构造及制作工艺也变得繁芜。
而 PCB 的尺寸稳定性、抗剥离强度，以及刚揉性、韧性等受制于基板材质特性，技能职员在设计或制程时需依据产品特点，材质的性价比、拼板组装效率、可靠性等做综合考量。

印制板按材质可分为有机材质和无机材质两种。
有机材质中的覆铜箔层压板，因其性价比高运用非常之普遍，比如说 FR4，环氧树脂有阻燃 FR和非阻燃两种。
其余，酚醛树脂玻璃纤维复合股料 CEM、BT/Epoxy 稠浊树脂和聚酰亚胺PI，在硬性基板和柔性基本上都运用广泛。
而无机材质金属基板 MCPCB和陶瓷基板，它们在 LED 和影像产品 CIS组装板上得到了一定的运用，比如大功率LED 照明，便紧张采取铝基板；而陶瓷基板可用于 CIS 产品上，其材质以氮化铝和碳化硅为主。

环氧树脂和BT树脂覆铜箔板特点和运用

印制电路板最范例的基板材料有两种，即覆铜箔层压板 CCL和涂树脂铜箔 RCC，CCL 目前运用最广；而 RCC 是一种新型的多层板制作材料，它是生产积层板的主要基材。
而树脂品质的利害，很大程度上决定着印制层压板的可靠性，PCB 焊盘和焊点的坑裂有时便是树脂品质造成的。

高密度组装板对树脂特性的哀求较高，PCB 硬性层压板常日较多地采取环氧树脂、多元酯、聚酯，以及 BT 树脂与环氧树脂的稠浊成材料。
BT 树脂常日与环氧树脂稠浊制成基板，这种基本的 Tg 点可高达 180 ℃，耐热性能非常好，BT 制成的覆铜箔板材，铜箔的抗撕强度、挠性强度也很空想，介质常数小可用于高频和高速传输的电路板。

BT 树脂覆铜箔板的基本浸染，有以下几个方面：

其一，它可作为 COB 设计的电路板，在 COB 芯片内电极与基板焊盘的互连是用 20～40m 的金丝或硅铝丝，通过金丝球或超声波压焊工艺完成的，由于 Wire Bonding 过程的高温，会使基板表面变软而造成打线失落败，而 BT/Epoxy 高性能基板可战胜此缺陷。

其二，作为 BGA\PGA\MCM\POP\PIP 等半导体集成或系统器件封装载板，半导体封装测试中，有两个常见的主要问题，即泄电征象 CAF和爆板征象（基板受潮及高温冲击），而 BT/Epoxy 基板对此缺陷也可较好地战胜。

其三，作为 IPD(集成无源元件）的基板，IPD 是在基板内埋置无源元件的新技能。
随着电子设备功能的日益强大而体积的小型化哀求，这种基板在一些分外产品上已开始运用，它通过基板与组装工艺之间的结合，在多层板中预埋电阻、电容和电感等无源元件，这样既减少了外贴元件的数量，又实现了高密度组装及高可靠性。

高密度多层及小型化HDI产品基板

小型化 HDI产品是指产品尺寸和重量的缩减，比如蓝牙耳机、智好手机和手持式智能产品等，这些产品通过提高布线密度设计，利用 CSP\FC 等小型元器件、6 层或 8 层板内部互连，并通过采取埋孔工艺构造来实现的。
这种基板的厚度多数小于 1mm，为具有较高 Tg(160 ℃)的 FR4 材质。

高密度基板的 HDI 板常日在 4 层以上，层间以盲孔或埋孔实现互连，个中至少 2 层有微孔，它适用于 FC 或邦定键合基板，微孔工艺为高密度倒装芯片供应了足够的间距。
微孔是为办理 PCB 高密度布线的，当前的微孔通过已由 CNC改为激光钻，有的 CSP 金属化孔尺寸乃至小于 100 m，微孔工艺能够形成高 I/O 器件的间距。

高层数 HDI 板，常日是指第 1 层到第 2 层或第 3 层有激光钻孔的传统多层板，采取的是顺序叠层工艺，在玻璃增强材料上进行微孔加工。
该技能的目的是预留足够的元件空间，以确保哀求的阻抗水平，并适用于高 I/O 数或细间距元件的高层数 HDI 板。

在传统的多层板工艺中，所有层一次性堆叠成一块 PCB，采取贯通导通孔进行层间边接，而在 HDI 板工艺中，导体层与绝缘层是逐层积层，导体间是通过微埋或肓孔进行连接的。
随着 PCB 基板互连密度的提高，全积层构造或称任意层互连也开始利用。
因而，一样平常把 HDI 板工艺称为积层工艺 BUP或 BUM。
根据微埋或肓孔导通的方法来分，还可以进一步细分为电镀孔积层和运用导电积层工艺。

在 HDI 板的工艺中，电镀孔工艺是主流的一种，险些占 HDI 板市场 95%以上。
它本身也在不断发展中，从早期的传统孔电镀到填孔电镀，HDI 板的设计自由度得到很大提高。
电镀孔积层板的设计，紧张考虑积层的层数以及埋孔、微肓孔的构造和微肓孔的尺寸。
其余，还有任意层填隙式导通互连技能 ALIVH工艺，它是通过导电胶填孔实现积层的任意层间互连，全由埋肓导通孔来实现。
其紧张特点，一是利用无纺芳酰胺纤维环氧树脂半固化片为基材，二是采取二氧化碳激光形成导通孔并用导电膏添补导通孔，或是用导电膏凸点制成。

FPC 及 Rigid-FPC材质及构造的紧张特点

FPC因此聚酰亚胺或聚酯薄膜等为基材介质制成的挠性层压电路板。
RFPC 即钢挠性接合板（Rigid-Flex PC），它是 PCB和 FPC 的稠浊制程产品。

FPC 导电线路有印制（蚀刻）和丝印两种，印刷工艺运用最为广泛，丝印又称为聚合物厚膜 PTF, PTF 是直接在介质上丝印导电油墨作为导体，如一些薄膜开关便是采取这种工艺。

FPC 的铜箔厚度常见的有 0.5oz\1oz \2oz，它们对应于公制 17.5m\35m\70m。
FPC按种类可分为：压延铜和电解铜。
压延铜 RA，采取厚的铜箔多次重复压延而成，具有较高的延展性及耐波折性。
压延铜一样平常用在耐波折的较高的 FPC 板上。
电解铜 ED用电镀的方法形成，其铜微粒结晶状态呈垂直状，利于风雅线路的制作。
电解铜常用在波折性哀求较低的 FPC 板上。
多层 FPC 的基本构造及剖视解析，如图。

FPC 基材常用到的基材有两种：聚酯即常日说的 PET，这种材质价格低廉，电气和物理性能与聚先亚氨相似且能较好地耐湿润，其厚度通为 1~5 mil。
PET 适用于-40 ℃~55 ℃的事情环境，但耐高温较差，决定了它只能适用于大略的FPC，不能用于有零组件的 FPC 板上。
聚先亚氨即常日所说的 PI，它具有精良的耐高温性能，耐浸焊性可达 260 ℃/20 s，险些运用于所有的军事硬件和哀求严格的商用设备中。
PI 材质易吸潮，价格贵，其厚度常日为 0.5~5 MIL。

总之，FPC 或 Rigid-FPC 基材有压延铜(RA)和电解铜(ED)，压延铜一样平常用于波折频度高的动态产品，电解铜则仅用于波折次数少的静态产品。
绝缘介质常用的有聚先亚氨(PI)和聚酯(PET)，PI 价格贵耐高温性能佳，耐浸焊性可达 260 ℃、20 s，不过这种材质易吸潮在 SMT 生产前需烘烤祛湿；而 PET 虽便宜却耐温性差不宜用于 SMT 回流焊接。

精密电子组装板的热性能哀求与选择

在 PCB 选材与设计时，材质的机器性能和热性能要适宜产品的特点，须考量回焊或波焊制程对板弯翘及应力问题。
PCB 的尺寸稳定性、抗剥离强度、以及刚性和可靠性受基板材质影响较大，如果材质选择不得当，PCB 可能在组装前就已经变形，这将导致精密细间距器件的印刷不良。
PCB 基板的布局及敷铜，要力求平均使热应力均衡，譬如 PCB 覆铜板点铜比网铜郊果要更好。

基板材质Tg、CTE、Td 认知

玻璃态转化温度（Tg）：是玻璃态转换温度，温度一旦高于 Tg，物理特性变革非常明显，犹如玻璃加热软化，特殊是 CTE 增长很快；基板材质 Tg 是决定材料性能的临界温度，是选择基板材料的一个关键参数。

Td 是 PCB 基材分解温度，一样平常按照重量减少 5％的温度作为分解温度，但也有研究表明对付无铅组装 PCB 基板采取 5％还不得当，比如某一 PCB 材料 5％的温度达到 340 ℃旁边，但无法承受无铅 250 ℃的温度，目前更方向于 2％来衡量。
而对付无铅而言，仅仅对PCB 基板哀求 Tg 是不足的，至少还有同等主要的参数包括 Td、CET（特殊是 Z 轴、与 Tg之后地 CTE）。
基板或组装板在组装回焊或波焊时翘曲、分层，产生的机器应力和热应力，对微形焊点易产生虚焊、连锡、焊点锡裂等毛病或焊盘坑裂等可靠性问题。

Tg 过低回焊时 PCB 易翘曲变形，PCB 的 I/O 焊端易产生共面性问题，以及机器应力和热应力对焊点和元器件的破坏。
FR2\FR3\CEM1\CEM2 覆铜箔层压板 CCL，纸质芯基板疏松薄弱易断且易变形，热性能差，不宜用于倒装焊器件组装板；而硬质材料 FR-4/FR-5 用的较多；SMT 焊接用揉性 FPC 紧张采取聚酰亚胺 PI材料。

基板材质耐热性和电气性能

PCB 的尺寸稳定性、抗剥离强度、以及刚性和可靠性受基板材质影响较大，如果材质选择不得当，PCB 可能在组装前就已经变形，这将导致精密细间距器件的印刷不良。
Sn-Pb合金焊接温度（220～230 ℃），印制板基材的耐热分解韶光，在 260 ℃时，T260≥30 s 就可以知足 SMT 印制板的哀求。
SAC305 无铅焊接温度一样平常为(250～260 ℃)，印制板基材的耐热分解温度应知足在 288 ℃条件下 T288≥300 s，才能担保焊接时基材不分解、性能不被毁坏。

耐热性：

SMT 哀求二次回流 PCB 不变形，传统有铅工艺哀求：T260 ℃/耐50 s；无铅哀求更高的耐热性：T260 ℃≥30 min；T288 ℃≥15 min；T300 ℃≥2 min。

电气性能有介电常数、介质损耗、抗电强度、绝缘电阻、抗电弧性能、PCB 吸水率等。
介电常数：介电常数是高频电路所用基材的一项主要指标；当其大的时候，其旗子暗记传输速率会受到衰减，易发生旗子暗记失落真及滋扰.常日哀求 SMB 基材的介电常数小于 2.5。

介质损耗：

当其偏大时,会引起基板发热,高频损耗增大；当电路事情频率大于 103 Hz时，常日哀求 SMB 基材的介质损耗小于 0.02。

抗电强度：

需求板材厚度≥0.5 mm 时的击穿电压大于 40Kv。

绝缘电阻，湿润后表面电阻大于10 000 M；抗电弧性能大于60 s，PCB 吸水率小于 0.8%。

CAF 即(Conductive Anodic Filament)的缩写，它是电化学堕落过程的副产物，常日表现为从从电路中的阳极发散出来，沿着玻璃纤维与环氧树脂之间的界面表面朝着阴极方向迁移，形成导电性细丝物，从而导致绝缘电阻发生溘然低落。

影响 CAF 形成的成分，紧张受基板材质（形成的敏感性程度等级：MC-2≥Epoxy/Kevlar≥FR-4≈PI＞G-10＞CEM-3＞CE＞BT）、导体构造、电压梯度、助焊剂、湿度及潮气情形。
印制板基材的耐离子迁移性：耐热性好、低吸湿率的基材和产品低湿度的事情环境有利于防止 CAF 征象，改进方法：加大孔间距和导通孔做塞孔处理设计等。

PCB基本哀求和选择成分

常日，我们根据产品的功能、性能指标及产品的档次选择 PCB，并选择高 Tg（150～170 ℃)环氧玻璃纤维基板的 FR4、CEM-3、FR5 等。
SMT 对印制电路板的哀求：SMT 无铅再流焊工艺，哀求经受 235～260 ℃的高温环境，因此哀求 PCB 基材耐高温、不变形、热膨胀系数低等哀求。
对付无铅焊接用FR4，基板的分解温度须高于 358 ℃，热态尺寸稳定性精良，尤其 Z 轴膨胀系数要小，耐离子迁移性好。
对付散热哀求高的高可靠电路板，采取金属基板；对付高频电路，则需采取聚四氟乙烯玻璃纤维基板。
PTFE 基板，对称构造且具有上风的物理、化学和电器性能、在所有树脂中，PTFE 的介电常数和介质损耗最小。

SMT 对印制电路板的哀求：形状尺寸稳定，翘曲度小于 0.007 5 mm/mm（超高密度翘曲度哀求掌握在 0.5%以内）；焊盘镀层平坦，知足SMD 共面性哀求；热膨胀系数小、导热系数高；耐热性哀求严格；铜箔的附着强度高，可焊性好；良好的抗波折强度；电性能哀求介电常数、耐压、绝缘性能要符合产品哀求等。

选择 PCB 材料时应考虑的成分：适当选择玻璃化转温度较高的基材，Tg 应高于电路事情温度；CTE 要低，以免 PCB 变形严重时，造成金属化孔断裂和破坏元件；PCB耐热性须不低于 250 ℃/50 s；平整度和电气性能方面，犹如 SMT 对印制板的一样平常哀求。

基材 Tg 点决定材料性能的临界温度，是选择基材的一个关键参数，Tg 过低回焊时 PCB易翘曲变形。
BT/Epoxy 树脂基板 Tg 点大于 180 ℃，其性能好可用作封装基材；高 Tg FR-4基材性价比好，Tg 范围为 170 ℃～190 ℃，可用于高性能产品上。

当多层基板的层压材料、玻璃纤维与铜箔之间的 CET 严重不匹配，应力可能造成金属化孔或半孔镀层断裂失落效。
PCB 基板为避免回焊时热应力损伤，Td 层分离裂解温度需不低于 340 ℃。
研究表明，板材的高 Td 值比高 Tg 值更主要，如 Tg175/Td310 ℃比Tg140/Td350 ℃热性能稍次之，Td 与 Tg 都能达到规格则更好。

基材的耐热分解韶光（T288）是反响印制板耐焊条件的一项技能指标，是指基板在288 ℃条件下经受焊接高温而不产生起泡、分层平分化征象的最永劫光，该韶光越长对焊接越有利。
SAC305 焊接基板应知足 T288≥300 s，才能担保焊接时基材不被分解毁坏。

基材的繁芜多样，哀求技能职员在设计和制程处理时须依据其特性对症下药；如果选择处理不当，在制程工艺中易产生翘曲、分层，并造成产品的可靠性问题。
基板或组装板在组装回焊或波焊时翘曲、分层，产生的机器应力和热应力，对微形焊点易产生虚焊、连锡、焊点锡裂等毛病或焊盘坑裂等可靠性问题。

总结

常用印制电路板的基板材料可分为有机类和无机类基材两大类。
有机类常见的有纸基、环氧玻璃布基、复合股料基、揉性基覆铜箔层压板，无机类基材有陶瓷基板、金属基板，以及高频电路用覆铜箔聚酰亚胺玻纤板、BT 树脂。
而精密电子电路印制板，它们对付基板的材质、构造和热性能都有严格的哀求。

微电子封装技能 MPT的日臻成熟，尤其在手持便携式产品上的推广运用；极小的 0201 和 01005 被动元件、微间距技能 MPT的超窄间距器件变得很普遍。
电路板组装密度和集成度的骤然增高，以及电子产品严格的环保哀求，不仅对付基板材质哀求变得更为苛刻。
在精密 PCB 设计选材时，我们需稽核基材的热性能：玻璃化转温度 Tg、热胀系数 CTE、耐热分解韶光和分解温度 Td。
基板材质 Tg 是决定材料性能的临界温度，是选择基板材料的一个关键参数。
Tg 过低回焊时 PCB 易翘曲变形，PCB 的 I/O 焊端易产生共面性问题，以及机器应力和热应力对焊点和元器件的破坏。

我们通过对精密电子电路印制板的构造、热性能及电气性能的认识，比如说高密度组装板的材质和构造特点、玻璃化转温度 Tg、热膨胀系数 CTE、PCB 分解温度 Td、耐热分解韶光、介电常数、介质损耗、抗电强度、绝缘电阻、抗电弧性能、PCB 吸水率、电迁移性 CAF 等，使我们在做设计与基板选择时，更能做到心中有数、恰到好处。