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必讀: PCB材料指南

當談到電子產品時, PCB 是讓一切順利協同工作的無名英雄. 它們就像連接城市各個部分的道路, 讓信號傳輸到需要的地方. 就像您希望道路由可靠的材料製成,能夠處理交通一樣, 您希望 PCB 堅固耐用. 您選擇的PCB材料很重要. 它決定了您的設備在日常使用中的性能和耐用性. 幸運的是, 多種材料可供您使用, 滿足您特定的設計性能需求. 本指南將帶您了解可供選擇的主要 PCB 材料以及每種材料的獨特之處. 讓我們開始吧!

電路板是由什麼製成的?

在這個部分, 我們主要介紹組成PCB的關鍵層及其所使用的材料:

  • 基材層

印刷電路板 基材層 is like the foundation of a house – it’s the base that everything else in a printed circuit board builds on top of. 通常, 該層由玻璃纖維製成, 這賦予了 PCB 標誌性的剛性. 但玻璃纖維並不是唯一的材料.

基材也可以使用環氧樹脂構建, CEM-1, G-11, 絕緣金屬, FR-1, 或聚酰亞胺. 每種材料都有自己的特性,工程師可以根據 PCB 能夠處理的熱量或介電常數等因素進行選擇. 但在所有的選擇中, FR-4 是迄今為止最受歡迎的.

  • 導電層

如果基板層是印刷電路板的基礎, 您可以將導電層視為使一切運行的佈線. 這是由薄銅跡線組成的層,可在整個電路中傳輸信號和功率.

銅已成為導電層的首選材料,因為它是一種出色的導體,並且比銀或金等其他選擇更便宜. 當然, 這些材料的導電性更強一些, 但銅可以完成大多數應用的工作.

導電的 PCB 上的走線 就像微小的銅高速公路為所有不同的組件輸送電力. 這些走線的佈局和設計對於確保信號能夠快速有效地傳輸非常重要.

  • 阻焊層

阻焊層, 一層薄薄的塑料狀塗層, 被放置在銅軌道上 PCB板. 該層充當絕緣體,可在組裝 PCB 時阻止焊料在附近的銅軌之間橋接. 因此,阻焊層在防止形成不需要的電連接方面發揮著關鍵作用. 僅暴露預期的焊點, 阻焊層引導焊料進行正確連接並避免短路. 根據應用方法的不同,阻焊層實際上有幾種不同的材料, 它們是環氧液體, 乾膜, 和液體光成像.

  • 絲印層

印刷電路板上的絲網層 就像構建電子產品的路線圖. 在最後階段,這種環氧樹脂墨水被印刷在 PCB 頂部. 它顯示了每個組件應放置的位置以及有用的標籤和標記. 超越標籤, 絲網印刷還標明製造商的重要警告或標誌. 所有這些用白色墨水打印的小符號和代碼為構建和調試提供了重要的指導.

PCB材料的常見類型

  1. FR-4 (不易燃的 4)

FR-4 因其經濟實惠的價格的最佳組合而成為印刷電路板的主要材料, 性能可靠, 和製造簡單性. 它由浸漬環氧樹脂並用阻燃材料增強的玻璃纖維編織布組成. FR-4印刷電路板 提供有效的電氣隔離和結構堅固性,同時在高溫和低溫下保持功能穩定. 這種多功能性使 FR-4 成為各種產品(包括消費電子產品)中 PCB 的合適選擇, 電信設備, 和工業機械.

  1. CEM-3

像FR-4, CEM-3 由浸泡在環氧樹脂中的編織玻璃纖維製成. 這賦予它許多與 FR-4 相同的理想特性: 優良的電絕緣性, 機械強度, 和熱穩定性. 但 CEM-3 的獨特之處在於價格更實惠. 為了 電路設計 不需要絕對巔峰的性能, 注重成本的工程師通常會選擇 CEM-3,而不是價格更高的 FR-4. 因此,儘管備受推崇的 FR-4 仍然在高級應用中佔據主導地位, CEM-3 為滿足更多日常 PCB 需求提供了誘人的選擇. 其功能平衡和適中的價格使 CEM-3 成為各種電子產品可靠的後端材料.

  1. 聚酰亞胺

聚酰亞胺是一種多功能聚合物材料,非常適合苛刻環境中的印刷電路板. 聚酰亞胺無與倫比的熱穩定性, 機械靈活性, 耐化學性使其即使在嚴苛的操作環境下也能保持其完整性和功能性. 雖然極熱和腐蝕性物質會損害許多材料的堅固性, 聚酰亞胺保留其特性並繼續可靠地運行.

這種卓越的耐熱性和耐化學性, 與結構靈活性相結合, 使聚酰亞胺非常適合許多行業的關鍵任務電子產品, 包括航空航天, 汽車行業, 和軍事.

  1. 鐵氟龍 (聚四氟乙烯)

這種材料具有卓越的電氣品質,可最大限度地減少信號損失, 即使在雷達和衛星頻率下. PTFE 的最大吸引力在於其低 介電常數 和損耗角正切, 限制信號衰減和失真. 由於其高玻璃化轉變溫度,它還具有出色的熱穩定性. 即使暴露在極熱環境下,特氟龍 PCB 仍能保持其結構和性能完整性. 最重要的是, 這種 PCB 材料具有出色的耐化學性, 即使是會損壞其他塑料的刺激性化學物質也不會受到影響.

  1. 金屬芯PCB材料

金屬芯, 顧名思義, 有一個金屬芯, 通常是鋁, 以提供更好的散熱. 每當組件變得超熱時,它們就會被大量使用. 我們正在談論高功率 LED 燈, 電源轉換器, automotive electronics – anything that cranks out blazing heat. 所以下次當你製造電子產品時,東西會變得非常熱, 金屬芯板 得到你的支持! 集成金屬芯有利於溫度敏感元件的散熱, 從而避免過熱情況並促進一致的性能.

  1. 羅傑斯材料

羅傑斯公司脫穎而出,成為領先的 PCB 材料供應商, 為要求苛刻的應用提供高性能產品. 他們流行的RO4000和RO3000系列適合高頻, 高溫, 和高可靠性需求. 羅傑斯材料提供雷達系統等產品所需的特殊性能, 鑽井設備, 以及性能至關重要的航空航天航空電子設備. 擁有內部 R&研發與製造, 羅傑斯生產優質 PCB 材料,深受注重質量的關鍵任務電路板製造商的信賴. 當電路必須在惡劣條件下完美運行時, 羅傑斯交付.

下面是這些PCB材料不同方面的比較圖表:

材料 FR4 CEM-3 鐵氟龍 羅傑斯 金屬 聚酰亞胺
介電常數 ~4.4 ~4.5 – 4.9 ~2.1 ~2.5 – 10.2 多變的 ~3.4 – 3.5
熱穩定性 好的 緩和 優秀 優秀 多變的 好的
頻率範圍 高達 GHz 範圍 高達 GHz 範圍 高達 GHz 範圍 微波 & 射頻 受皮膚限制 GHz範圍
損耗角正切 低的 緩和 非常低 低的 低的 低的
成本 低的 低的 高的 高的 中到高 緩和
機械柔性 有限的 有限的 好的 有限的 有限的 優秀
加工 標準 標準 專門 專門 有限的 標準

選擇 PCB 材料時要考慮的因素

選擇材料時應考慮多方面 印刷電路板製造:

電氣性能

  • 介電常數 (直徑): 這會影響信號傳播速度和阻抗控制. Dk 值較高會導致信號速度較慢.
  • 耗散係數 (DF): 影響信號損失和電源效率. 高頻應用需要較低的 Df 值.

機械強度

  • 抗拉強度: 確定 PCB 承受機械應力而不變形或破損的能力.
  • 抗彎強度: 與靈活或相關 剛柔結合板, 表明它們對彎曲和彎曲的抵抗力.

熱性能

  • 導熱係數: 對於功率密集型組件的散熱至關重要. 高導熱率有助於更有效地散熱.
  • 熱膨脹係數 (科特): PCB 和組件 CTE 之間的不匹配可能會因熱循環而導致可靠性問題.

可燃性和阻燃性

  • UL 等級: 這 94 評級根據材料的可燃性和自熄性對材料進行分類. 伏特-0 比 V-2 更耐燃, 例如.

成本考慮

  • PCB 材料成本差異很大. PTFE等高性能材料 (鐵氟龍) 往往比 FR-4 更貴, 常見的環氧基材料.

可製造性

  • 與裝配工藝的兼容性: 某些材料可能需要專門的設備或加工方法,這可能會影響製造成本.
  • 可鑽性和可加工性: 材料在製造過程中應該易於使用.

環境考慮

  • RoHS 合規性: 驗證所選印刷電路板材料是否符合適用的環境標準, 如 RoHS 要求, 限制某些有毒物質.
  • 回收和處置: 考慮 PCB 生命週期結束後材料回收和處理的難易程度.

信號完整性和頻率

  • 高頻應用: 不同的材料在較高頻率下表現出不同的信號損耗特性. 選擇具有低損耗角正切的材料以提高信號完整性.

底線

為您的印刷電路板選擇合適的材料是一件大事. 它確實會影響電路板的工作效果, 持續多久, 以及建造成本是多少. 你必須考慮諸如此類的事情: 這個東西導電好嗎? How about heat – does it dissipate that effectively? 隨著時間的推移,它會在身體上保持住嗎?? 它能承受暴露於此處涉及的任何化學品或條件嗎? 取決於應用, 您可能還需要考慮環境因素. 通過了解每種 PCB 材料的優點和局限性, 工程師可以根據自己的具體項目目標選擇最佳的一種. 如果您在選擇 PCB 材料方面需要幫助, 嘗試尋求幫助 MOKO技術.

李會

威爾精通電子元器件, PCB生產工藝及組裝技術, 並具有豐富的生產監督和質量控制經驗. 在保證質量的前提下, 將為客戶提供最有效的生產解決方案.

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