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教你如何正確選擇PCB板材料
來源：CLTPHP 時(shí)間：2020/04/16
PCB板的壽命和性能取決于電路板材料的選擇。為了選擇正確的電路板材料，重要的是檢查可用于不同電路板類別的材料。有不同的特性和物理特性有助于選擇板材。在評估PCB材料時(shí)，有必要確保設(shè)計(jì)要求符合所需的電路板性能。
當(dāng)需要處理大量電流時(shí)，電路板的間距和寬度也很重要。板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由基材和層壓板確定。這兩個(gè)層的材料選擇取決于板的類型。
PCB板上的層及其意義
PCB板由四層組成，即基板，層壓板，阻焊膜和絲網(wǎng)印刷。基板和層壓板共同定義了基本的電氣，機(jī)械和熱電路板屬性。
基板
玻璃纖維FR4是用于PCB基板的最常見材料。在此，F(xiàn)R代表阻燃劑。由于其剛性和厚度而適合。對于柔性PCB，使用Kapton或同等性能的塑料。
PCB板的厚度取決于其應(yīng)用或用途。例如，大多數(shù)Sparkfun產(chǎn)品的厚度為1.6mm，而Arduino Pro產(chǎn)品的厚度為0.8mm。用環(huán)氧樹脂等較便宜的材料制成的PCB缺乏耐久性。
在低成本消費(fèi)電子產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)了基板。這些具有低的熱穩(wěn)定性，這導(dǎo)致它們?nèi)菀资訅骸?/span>當(dāng)將烙鐵長時(shí)間固定在板上時(shí)，基板也會(huì)引起冒煙，這使它們易于識別。
基于介電常數(shù)選擇介電材料的非導(dǎo)電層。
基板必須滿足某些所需的屬性，例如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。Tg是熱量導(dǎo)致材料變形或軟化的點(diǎn)。基材可使用多種材料，例如鋁或絕緣金屬基材（IMS）FR-1至FR-6，聚四氟乙烯（PTFE），CEM-1至CEM-5，G-10和G-11， RF-35，聚酰亞胺，氧化鋁和Pyralux和Kapton等柔性基板。
“總的來說，IMSes可以最大程度地降低熱阻并更有效地傳導(dǎo)熱量。這些基板在機(jī)械上比通常用于許多應(yīng)用的厚膜陶瓷和直接鍵合銅結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。”
層壓板
這提供了諸如熱膨脹系數(shù)，拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度以及Tg之類的特性。用于層壓板的常見電介質(zhì)為CEM-1和CEM-3，F(xiàn)R-1，F(xiàn)R-4，聚四氟乙烯（特氟龍），F(xiàn)R-2至FR-6，CEM-1至CEM-5和G-10。
銅箔是層壓到板上的下一層。對于雙面PCB，將銅施加到基板的兩面。銅的厚度根據(jù)應(yīng)用而變化。例如，與低功率應(yīng)用相比，高功率應(yīng)用的厚度更大。
阻焊膜
這是銅箔頂部的一層。它可作為銅跡線的絕緣材料，以防意外接觸其他導(dǎo)電金屬。它有助于在正確的地方焊接。
它是一種保護(hù)層，可防止外部污染，并在焊盤，銅線和鉆孔等表面元件之間提供所需的隔離。
絲印
絲網(wǎng)印刷覆蓋在阻焊層之上，用于在PCB上添加字母，數(shù)字和符號，以便于組裝，并通過指示器更好地理解電路板。
PCB設(shè)計(jì)技術(shù)
每塊板對特定產(chǎn)品都有獨(dú)特的用途。因此，必須將其設(shè)計(jì)為在分配的空間中執(zhí)行該功能。設(shè)計(jì)人員使用帶有特殊軟件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)在電路板上布置電路圖案。可用于PCB設(shè)計(jì)的軟件包括Allegro PCB Designer，Altium Designer和PCB Droid。使用軟件可確保設(shè)計(jì)中不包含錯(cuò)誤，例如細(xì)小或不正確的走線或微小的鉆孔。
“ PCB設(shè)計(jì)的兩種最常見的設(shè)計(jì)技術(shù)是通孔技術(shù)和表面貼裝技術(shù)（SMT）。在前者中，每個(gè)組件都被壓入基板的微小孔中，并進(jìn)行焊接以連接到板的背面。
“在SMT中，每個(gè)組件的L形或J形端子直接與PCB接觸。
“ PCB上的組件通過這些方法電連接到電路。盡管SMT消除了通孔技術(shù)固有的費(fèi)時(shí)的鉆孔過程和占用空間的連接墊，但在放置元件時(shí)仍需要格外小心。”
IC具有與PCB相似的功能，不同之處在于IC包含更多的電路和組件，這些電路和組件通過電化學(xué)方法生長在微型硅芯片的表面上。
混合電路包含一些組件，這些組件生長在基板的表面上，而不是放置在表面上并進(jìn)行焊接。它看起來像一塊PCB。
PCB類型
可以通過以下幾種方式對電路板進(jìn)行分類：
組件位置：單面，雙面和嵌入式
堆疊：單層和多層
設(shè)計(jì)：基于模塊，定制和特殊
可彎曲性：剛性，撓性和剛性-撓性
強(qiáng)度：電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度
電氣功能：高頻，大功率，高密度和微波
電路板類型可用于選擇最適合設(shè)計(jì)的電路板材料。
單面PCB僅包括一層薄銅鍍層的基板。將保護(hù)性焊料掩膜放置在銅層上。絲網(wǎng)印刷涂層可以涂在頂部以標(biāo)記木板的元素。
雙面PCB的基板包括金屬導(dǎo)電層和附著在兩側(cè)（頂部和底部）的元件。
多層PCB通過在雙面PCB配置中看到的層之外增加額外的層，從而增加了PCB設(shè)計(jì)的密度和復(fù)雜性。這些允許極厚和高度復(fù)合的設(shè)計(jì)。使用的額外層是電源層，可為電路提供電源并降低電磁干擾（EMI）的水平。
剛性PCB使用堅(jiān)固的剛性基板材料（例如玻璃纖維）來防止電路板扭曲。計(jì)算機(jī)中的母板是非柔性PCB的最佳示例。
柔性PCB的基板是柔性塑料。它可以在使用過程中轉(zhuǎn)動(dòng)和移位，而不會(huì)損壞PCB上的電路。它可以恢復(fù)重量和空間至關(guān)重要的高級齒輪中的繁重接線，例如衛(wèi)星。
剛性-柔性板由附接到柔性電路板上的剛性電路板組成。這些板可按需滿足復(fù)合設(shè)計(jì)要求。
有毒材料的安全注意事項(xiàng)
焊料中的煙霧可能含有鉛，這是有毒的。焊料用于在PCB上進(jìn)行電氣連接，因此焊接操作必須在封閉的環(huán)境中進(jìn)行。排入大氣的煙霧必須清潔。替代電線和焊料的一種解決方案是使用水溶性的導(dǎo)電模塑塑料。
選擇PCB材料的散熱注意事項(xiàng)
影響PCB的兩個(gè)因素是功率和熱量。因此，確定每個(gè)閾值至關(guān)重要。這可以通過評估貫穿材料長度的PCB的熱導(dǎo)率來完成。
導(dǎo)熱系數(shù)低的PCB材料會(huì)產(chǎn)生熱量，這對于熱量密集型應(yīng)用可能是一個(gè)巨大的缺點(diǎn)。
選擇PCB材料
PCB有單面和雙面兩種，其中一些覆銅，而另一些則將鋁用于軍事和航空航天，汽車和醫(yī)療行業(yè)。對于這些特定領(lǐng)域，使用的材料應(yīng)具有最佳性能。
選擇PCB材料的原因是它們的重量輕，質(zhì)量好或具有承受高功率的能力。由于材料水平與性能水平相關(guān)，因此在選擇PCB材料時(shí)，確定哪些功能需要相互比較至關(guān)重要。
撓性板的大部分由Kapton組成，Kapton是一種聚酰亞胺薄膜，其耐熱性，尺寸一致性和介電常數(shù)僅為3.6。Kapton有三種Pyralux版本：FR，非阻燃（NFR）和無膠，高性能（AP）。
質(zhì)量對于家用電子設(shè)備或工業(yè)設(shè)備的任何類型的電路板的構(gòu)造都很重要。PCB等組件應(yīng)在預(yù)期的使用壽命內(nèi)提供出色的性能。電子設(shè)備，微波爐和其他家用設(shè)備依靠PCB技術(shù)來保持工作狀態(tài)。
LED照明用PCB
LED PCB板在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)熱。因此，LED芯片安裝在由鋁，銅或合金混合物等金屬制成的底座上，并涂有高反射表面，以實(shí)現(xiàn)最佳的熱量管理并增加光輸出。這樣可以使發(fā)熱組件保持涼爽，并提高其散熱能力。這樣可以提高LED的性能和壽命。
因此，選擇用于LED應(yīng)用的金屬芯PCB（MC-PCB）。其中包括一層薄薄的導(dǎo)熱介電材料，其傳熱效率比傳統(tǒng)的剛性PCB高得多。FR-4材料包括一個(gè)熱鍍鋁層，可以有效地散熱。鑒于MC-PCB材料是為更高的功率而開發(fā)的。
未來
深圳小銘打樣smt貼片加工:電子產(chǎn)品的小型化繼續(xù)推動(dòng)PCB制造向電子功能增強(qiáng)的更小，更密集的電路板發(fā)展。進(jìn)步包括3D模制塑料板和IC芯片使用的增加。這些進(jìn)步將使PCB的制造在未來數(shù)年保持活躍。
計(jì)劃設(shè)計(jì)良好的層堆疊既可以使電磁輻射最小化，又可以防止電路受到外部噪聲源的干擾。它還可以減少信號串?dāng)_和阻抗失配問題。現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展要求PCB具有新的功能，例如輕巧，小型化，更好的功能和可靠性，高速和更長的壽命。
