電路板PCB板材的結(jié)構(gòu)與功用介紹
現(xiàn)今的PCB電路板基材大底由銅箔層(Copper Foil)、補(bǔ)強(qiáng)材(Reinforcement)、樹(shù)脂(Epoxy)等三種主要成份所構(gòu)成,可是自從無(wú)鉛(Lead Free)制程開(kāi)始后,第四項(xiàng)粉料(Fillers)才被大量加進(jìn)PCB的板材中,用以提高PCB的耐熱能力。
我們可以把銅箔想像成人體的血管,用來(lái)輸送重要的血液,讓PCB起到活動(dòng)的能力;補(bǔ)強(qiáng)材則可以想像成人體的骨骼,用來(lái)支撐與強(qiáng)化PCB不至于軟蹋下來(lái);而樹(shù)脂則可以想像是人體的肌肉,是PCB的主要成分。
下面將這四種PCB材料的用途、特性與注意事項(xiàng)來(lái)加以說(shuō)明:
1、銅箔(銅箔層)
(1)電路:導(dǎo)電的線路。
(2)信號(hào)線:傳送信息的訊(信)號(hào)線。
(3)Vcc:電源層、工作電壓。最早期的電子產(chǎn)品的工作電壓大多設(shè)為12V,隨著技術(shù)的演進(jìn),省電的要求,工作電壓慢慢變成了5V、3V,現(xiàn)在更漸漸往1V移動(dòng),相對(duì)地銅箔的要求也越來(lái)越高。
(4)接地:接地層??梢园裋cc想成是家里面的水塔,當(dāng)我們把水龍頭打開(kāi)以后,透過(guò)水的壓力(工作電壓)才會(huì)有水(電子)流出來(lái),因?yàn)殡娮恿慵淖鲃?dòng)都是靠電子流動(dòng)來(lái)決定的;而GND則可以想像成下水道,所有用過(guò)或沒(méi)用完的水,都經(jīng)由下水道流走,否則水龍頭一直排水,家里面可是會(huì)淹大水的。
(5)散熱:散熱用。有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)某些CPU熱到可以把蛋煮熟,這其實(shí)不夸張,大多數(shù)的電子元件都會(huì)耗用能量而產(chǎn)生熱能,這時(shí)候需要設(shè)計(jì)大面積的銅箔來(lái)讓熱能盡快釋放到空氣當(dāng)中,否則不只人類(lèi)受不了,就連電子零件也會(huì)跟著當(dāng)機(jī)。
2、加固(補(bǔ)強(qiáng)材)
選用PCB補(bǔ)強(qiáng)材的時(shí)候必須具備下列的各項(xiàng)優(yōu)異特性。而我們大部分看到的PCB補(bǔ)強(qiáng)材都是玻璃纖維(GF,Glass Fiber)制成,仔細(xì)看的話玻璃纖維的材質(zhì)有點(diǎn)像很細(xì)的釣魚(yú)線,因?yàn)榫邆湎铝械膫€(gè)性?xún)?yōu)點(diǎn),所以經(jīng)常被選用當(dāng)PCB的基本材料。
(1)高剛度:具備高「剛性」,讓PCB不易變形。
(2)尺度穩(wěn)定性:具備良好的尺寸安定性。
(3)低的熱膨脹系數(shù):具備低的「熱脹率」,防止PCB內(nèi)部的線路接點(diǎn)不至于脫離造成失效。
(4)低翹曲:具備低的變形量,也就是低的板彎、板翹。
(5)高模塊:高的「楊氏模量」
3、樹(shù)脂基質(zhì)(樹(shù)脂混合材)
傳統(tǒng)FR4板材以Epoxy為主,LF(Lead Free)/HF(Halogen Free)板采則采用多種樹(shù)脂與不同固化劑之搭配,使得成本上升,LF約20%,HF約45%。
HF板材易脆易裂且吸水率變大,厚大板容易發(fā)生CAF,需改采開(kāi)纖布、扁纖布,并強(qiáng)化含浸均勻之物質(zhì)。
良好的樹(shù)脂必須具備下列的條件:
(1)耐熱性:耐熱好。加熱焊接兩~三次后不會(huì)爆板,才叫耐熱性好。
(2)吸水率低:低的吸水率。吸水是造成PCB爆板的主要原因。
(3)阻燃性:必須具備阻燃性。
(4)剝離強(qiáng)度:具備高的「抗撕強(qiáng)度」。
(5)高Tg:高的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換點(diǎn)。Tg高的材料大多不易吸水,不吸水才是不暴板的根本原因,而不是因?yàn)楦逿g。
(6)韌性:良好的「韌度」。韌度越大越不容易爆板。Toughness又被稱(chēng)作「破壞能量」,韌度越好的材料其承受沖擊忍受破壞的能力就越強(qiáng)。
(7)介電性能:高的介電性,也就是絕緣材料。
4、填料系統(tǒng)(粉料、填充料)
早期有鉛焊接的時(shí)候溫度還不是很高,PCB原本的板材還可以忍受,自從進(jìn)入無(wú)鉛焊接后因?yàn)闇囟燃痈?,所以粉料才加進(jìn)PCB的板材中來(lái)將強(qiáng)PCB抵抗溫度的材料。
填料應(yīng)先作耦合處理以提高分散性與密著性。
(1)熱電阻
(2)吸水率低
(3)制品耐燃性
(4)高剛度
(5)熱膨脹系數(shù)低
(6)尺寸穩(wěn)定性
(7)低翹曲
(8)鉆孔加工:因?yàn)榉哿系母邉傂耘c高韌性,所以造成PCB鑽孔的困難度。
(9)高模量:楊氏模量
(10)散熱(由于高導(dǎo)熱):散熱用。