PCB板材由铜箔层(Copper Foil)、补强材(Reinforcement)、树脂(Epoxy)以及粉料(Fillers)等四个主要成分构成。
本文将深入探讨这四种关键的PCB材料,介绍它们的用途、特性以及需要注意的事项。
文章目录
铜箔层:电路的血脉
电路导体
铜箔层是PCB中的主要电路导体,类似于人体的血管系统,负责输送重要的电子信号。在PCB上,铜箔层扮演着至关重要的角色,包括:
- 电路传导:铜箔层用于构建电子电路,负责传导电子信号。
- 信号线:在PCB上,铜箔层包括信号线,用于传送各种信息信号。
- 电源层(Vcc):Vcc代表工作电压,PCB上的电源层提供电子组件所需的工作电压。随着技术的进步,工作电压逐渐降低,从最早的12V到现在的1V。
- 接地层(GND):接地层扮演着电子电路的下水道角色。它确保电子流动畅通,同时防止电子组件过热。
散热能力
除了传导电子信号外,铜箔层还具有出色的散热能力。在PCB设计中,大面积的铜箔层可用于快速将电子组件产生的热能释放到空气中,确保设备正常运行。这对于防止电子设备过热至关重要,否则可能导致设备故障。
补强材:PCB的支撑结构
补强材是PCB的支撑结构,类似于人体的骨骼系统,用于增强和支撑PCB,防止其变形或软化。选用PCB补强材时需要考虑以下特性:
- 高刚性:补强材必须具备高刚性,以确保PCB不易发生形变。
- 尺寸稳定性:具备良好的尺寸稳定性,确保PCB在不同温度下保持一致的尺寸。
- 低热胀率:低热胀率有助于防止PCB内部线路接触失效。
- 低变形:低变形量,即低板弯和板翘,对PCB的性能至关重要。
- 高杨氏模量:高杨氏模量有助于PCB的结构强度和稳定性。
大多数PCB补强材都是由玻璃纤维(Glass Fiber)制成,其细小的纤维结构类似细钓鱼线,具备上述出色特性,因此经常被选用作PCB的基本材料。
树脂混合材:PCB的主要成分
树脂是PCB的主要成分,类似于人体的肌肉组织。不同类型的PCB使用不同的树脂混合材料。传统的FR4板材主要使用环氧树脂(Epoxy),而无铅(Lead Free)和无卤素(Halogen Free)板材则使用多种树脂和固化剂的组合。下面是树脂混合材料需要具备的特性:
- 耐热性:树脂必须耐高温,以防止PCB在焊接过程中发生爆板。
- 低吸水率:低吸水率是避免PCB爆板的关键原因之一。
- 阻燃性:树脂必须具备阻燃性,以确保PCB在火灾情况下不易燃烧。
- 抗撕强度:高抗撕强度有助于防止PCB分层或损坏。
- 高玻璃态转换点(Tg):高Tg材料通常不易吸水,因此对防止爆板非常重要。
- 韧度:韧度越大,PCB越不容易爆板,这是PCB材料的重要特性。
- 介电性:良好的介电性意味着材料具备良好的绝缘性能。
粉料与填充料:提高PCB的耐热能力
粉料(Fillers)是自无铅焊接时代以来被大量引入PCB材料的关键成分之一。它们的主要作用是提高PCB的耐热性。粉料应该经过耦合处理,以提高其分散性和与基材的粘合性。然而,粉料也可能带来一些挑战:
- 钻孔加工难度:由于粉料具有高刚性和高韧性,因此可能增加PCB钻孔的难度。
- 高杨氏模量:高杨氏模量的粉料可以提高PCB的结构强度,但也增加了制造复杂性。
- 散热:某些粉料也具有良好的导热性,有助于PCB的散热。
常见问题解答
1. PCB是什么意思?
PCB是Printed Circuit Board的缩写,即印刷电路板,用于支持和连接电子元件的基础板。
2. 为什么无铅焊接会影响PCB的材料选择?
无铅焊接需要使用耐高温的材料,因此需要改变PCB的组成,以提高其耐热性,这通常包括引入粉料(Fillers)。
3. 什么是PCB的Tg值?
PCB的Tg值是指其材料的玻璃态转换点,表示材料从脆性转变为可塑性的温度。Tg值高的材料通常更适合高温环境。
4. 为什么PCB需要散热?
PCB中的电子元件在工作时会产生热量,散热是将这些热量有效地释放到周围空气中,以防止过热和元件损坏的重要过程。
5. 为什么玻璃纤维是常见的补强材料?
玻璃纤维因其高刚性、低热胀率和良好的尺寸稳定性而成为常见的PCB补强材料的选择。