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PCB基础

一、简介

PCB:printed circuit board,印刷电路板

主要作用:传输信号、物理支撑、提供电源、散热

二、分类

2.1 按基材分类

陶瓷基板:包括氧化铝、氮化铝、碳化硅基板等,具有优异的导热性,适用于高温和高功率应用。

金属基板:如铝基板、铜基板等,具有良好的散热性能,适用于高功率电路和LED照明等需要散热的应用场景。

纸基板:如FR-1、FR-2等,是以纤维纸作增强材料,浸上树脂,单面或双面覆铜箔并热压而成,通常用于单面和双层板。

复合基板:结合了不同的基材,如纸和玻璃纤维布,以提供特定的性能,如CEM-2是纸芯玻璃布面环氧树脂覆铜箔板。

2.2按结构分类

刚性板(硬板):由不易弯曲的刚性基材制成,如玻纤布基板、纸基板、复合基板、陶瓷基板、金属基板等。

挠性板(软板):采用柔性绝缘基材制成,可以弯曲、卷绕和折叠,适用于便携式电子设备。

刚挠结合板:结合了刚性板和挠性板的优点,既有刚性区也有挠性区。

HDI板:高密度互连板,采用微孔技术和薄铜箔,实现更紧凑的电路设计。

封装基板:用于搭载芯片,提供电连接、保护、支撑、散热和组装等功能

三、板材

3.1 板材组成

芯板(Core): 通常由玻璃纤维布和环氧树脂(或其他树脂)组成的层压板,两面各覆有一层薄薄的铜箔

半固化片(Prepreg, PP): 一种部分固化的纤维玻璃树脂材料,通常由玻璃纤维布和未完全固化的树脂组成,这种材料在高温高压下可以流动并固化,将多层PCB的各个部分粘合在一起。

        A-stage/A态:液态,树脂结合添加剂的状态,又称为凡立水Varnish,俗称清漆。

        B-stage/B态:半固化态,玻璃纤维布与A态结合,经过一系列过程反应形成的半固化状态,即PP态。

        C-stage/C态:固化态,PP经过PCB加热加压的压合工序形成的稳定状态。

半固化片性能介绍

铜箔(Copper): 分为电解铜箔和压延铜箔,一般硬板常用电解铜箔,软板常用压延铜箔,压延铜箔的延展性较好。厚度通常以盎司(OZ)来表示,常见的厚度有1OZ(约35um),1/2OZ,1/3OZ,2OZ。

3.2 过孔/埋孔/盲孔

3.3 板材关键参数

        PCB板材的关键参数主要包括热性能、电性能以及机械性能三类参数:

热性能参数

Tg值(Glass Transition Temperature):玻璃化转变温度,是树脂由固态融化为橡胶态流质的临界温度,影响PCB的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等 。

        Tg高,PCB受热时Z轴的膨胀相对越小

        一般Tg的板材:130℃~150℃;

        中等Tg的板材:150℃~170℃;

        高等Tg的板材:170℃及以上。

       也不是Tg越高越好,因为Tg越高板材压合时温度要求也越高,压出来的板子也会比较硬和脆 

        Tg越高,耐热性不一定越好

Td值(Decomposition Temperature):热分解温度,表示板材的树脂受热失重5%时的温度,是印制电路板的基材受热引起分层或性能下降的标志 。表现为重量减少

CTE值(Coefficient of Thermal Expansion):热膨胀系数,衡量基材耐热性能的重要指标,影响PCB在温度变化时的稳定性 。

       通常X/Y方向CTE为16-18 ppm,Z方向CTE为40-60ppm

        CTE低,孔铜因热膨胀效应受到的应力小,可靠性高;组装过程中板子翘曲小

电性能参数

表面电阻率:影响PCB的导电性能。

体积电阻率:衡量材料内部的电阻率。

Dk值(Dielectric Constant):介电常数,影响信号的传播速度和特性阻抗 。

        DK越小,信号传输速度越快(V=C/√DK,C是光速)

Df值(Dissipation Factor):介质损耗,影响信号传输的品质 。

机械性能参数

抗弯强度:板材抵抗弯曲的能力。

剥离强度:材料层与层之间的粘合强度。

        粗糙度可以增加铜箔附着力;

        当趋肤深度小于粗糙度时,导线损耗除了经典的趋肤电阻损耗外,还会增加由粗糙度引起的损耗,原因在于粗糙的表面相当于增加了电流的路径。

吸水率:材料吸水性的量度。

        水的DK为74,吸水后板材的DK增加;吸水后爆板概率增加;

四、加工流程

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五、表面处理

参考资料

干货分享|PCB基础知识

PCB介绍(超级详细) (biancheng.net)

【工学科普】什么是PCB?

产品设计|PCB板的加工全工艺流程介绍

http://www.lryc.cn/news/448809.html

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