教你(nǐ)如(rú)何正確(què)選擇PCB板(bǎn)材(cái)料(liào)
PCB板的壽命和性能(néng)取(qǔ)決於(yú)電(diàn)路(lù)板材(cái)料(liào)的選(xuǎn)擇(zé)。為了選(xuǎn)擇(zé)正確的電(diàn)路板材料，重要的是檢查(chá)可(kě)用(yòng)於不同(tóng)電(diàn)路板(bǎn)類別(bié)的材料。有不同(tóng)的特性和(hé)物(wù)理特性(xìng)有助於(yú)選擇板(bǎn)材(cái)。在評估PCB材料時，有必(bì)要(yào)確保(bǎo)設(shè)計要求符合所(suǒ)需的電路板(bǎn)性能(néng)。
當需要處(chǔ)理(lǐ)大量電流(liú)時，電路(lù)板(bǎn)的(dí)間距(jù)和(hé)寬度也很重(zhòng)要。板的(dí)結構(gòu)強度由基(jī)材和(hé)層(céng)壓(yā)板確定。這兩個層(céng)的材料選(xuǎn)擇取決於板的類(lèi)型。
PCB板上的(dí)層及其(qí)意(yì)義
PCB板由(yóu)四層(céng)組成(chéng)，即(jí)基(jī)板(bǎn)，層(céng)壓(yā)板(bǎn)，阻(zǔ)焊膜(mó)和(hé)絲(sī)網印(yìn)刷。基板和(hé)層(céng)壓板共同定(dìng)義(yì)了(liǎo)基(jī)本的(dí)電氣(qì)，機械(xiè)和熱(rè)電路板(bǎn)屬性。
基(jī)板
玻璃纖(xiān)維(wéi)FR4是(shì)用(yòng)於(yú)PCB基板(bǎn)的最常見材(cái)料。在(zài)此(cǐ)，FR代表阻燃(rán)劑。由於其剛性和厚(hòu)度而適(shì)合(hé)。對(duì)於(yú)柔性PCB，使用Kapton或同等(děng)性能(néng)的塑(sù)料(liào)。
PCB板的厚(hòu)度取決(jué)於其應(yīng)用(yòng)或用(yòng)途。例(lì)如，大多數Sparkfun產(chǎn)品(pǐn)的(dí)厚度為(wéi)1.6mm，而(ér)Arduino Pro產品的厚(hòu)度(dù)為0.8mm。用環氧樹脂等較(jiào)便(biàn)宜(yí)的(dí)材(cái)料(liào)製(zhì)成的(dí)PCB缺乏(fá)耐(nài)久(jiǔ)性(xìng)。
在低成(chéng)本消費(fèi)電子(zǐ)產(chǎn)品中(zhōng)發現(xiàn)了(liǎo)基板。這(zhè)些(xiē)具有低(dī)的熱(rè)穩定(dìng)性(xìng)，這導致(zhì)它們容易(yì)失去層壓(yā)。當將烙(lào)鐵(tiě)長(cháng)時間固定(dìng)在板(bǎn)上(shàng)時(shí)，基(jī)板也(yě)會引(yǐn)起冒煙(yān)，這(zhè)使它(tā)們(mén)易(yì)於(yú)識別(bié)。
基於介(jiè)電常(cháng)數選(xuǎn)擇(zé)介電(diàn)材料的(dí)非(fēi)導電層。
基板必(bì)須滿足(zú)某(mǒu)些所需的(dí)屬性(xìng)，例如(rú)玻(bō)璃化轉變溫(wēn)度（Tg）。Tg是熱量導(dǎo)致材(cái)料變形或軟(ruǎn)化的點。基材可使用多種材(cái)料，例如鋁(lǚ)或(huò)絕緣金(jīn)屬(shǔ)基材（IMS）FR-1至FR-6，聚四氟(fú)乙烯（PTFE），CEM-1至(zhì)CEM-5，G-10和G-11， RF-35，聚酰亞胺，氧化(huà)鋁(lǚ)和Pyralux和(hé)Kapton等(děng)柔性基板(bǎn)。
“總的來說，IMSes可以(yǐ)最大(dà)程(chéng)度地降低熱(rè)阻(zǔ)並更(gēng)有(yǒu)效地(dì)傳導(dǎo)熱(rè)量(liáng)。這(zhè)些基板(bǎn)在機(jī)械(xiè)上比通常(cháng)用於許多應用(yòng)的(dí)厚(hòu)膜陶瓷和(hé)直接鍵(jiàn)合銅結(jié)構(gòu)更堅固。”
層(céng)壓(yā)板
這提供(gōng)了(liǎo)諸如(rú)熱(rè)膨脹係(xì)數，拉伸強度和剪切強度(dù)以(yǐ)及Tg之(zhī)類的特性(xìng)。用(yòng)於層壓(yā)板的常見電(diàn)介(jiè)質為CEM-1和CEM-3，FR-1，FR-4，聚四氟(fú)乙烯(xī)（特(tè)氟龍），FR-2至FR-6，CEM-1至CEM-5和G-10。
銅箔是(shì)層壓到板上的(dí)下一(yī)層。對(duì)於(yú)雙麵PCB，將(jiāng)銅(tóng)施加(jiā)到(dào)基板的(dí)兩(liǎng)麵。銅(tóng)的厚度(dù)根據應用而(ér)變(biàn)化(huà)。例(lì)如(rú)，與(yǔ)低(dī)功(gōng)率(shuài)應用相比(bǐ)，高功(gōng)率應用(yòng)的厚(hòu)度更大。
阻(zǔ)焊膜
這(zhè)是(shì)銅箔(bó)頂(dǐng)部的一層。它可作為銅(tóng)跡綫的絕緣(yuán)材(cái)料(liào)，以防意(yì)外接觸(chù)其他導(dǎo)電(diàn)金屬。它有(yǒu)助於在正確的(dí)地方(fāng)焊(hàn)接。
它是(shì)一(yī)種保(bǎo)護(hù)層，可(kě)防止外部(bù)汙染，並在焊(hàn)盤，銅(tóng)綫和鑽(zuān)孔等(děng)表麵元(yuán)件之間提供所需的隔離(lí)。
絲印
絲網印刷覆(fù)蓋在阻焊層(céng)之上(shàng)，用於在PCB上(shàng)添(tiān)加(jiā)字(zì)母(mǔ)，數字(zì)和符號(hào)，以便於組裝，並通過(guò)指(zhǐ)示器(qì)更(gēng)好(hǎo)地(dì)理解(jiě)電路板(bǎn)。
PCB設計技(jì)術(shù)
每塊板對(duì)特定產品(pǐn)都有獨(dú)特的(dí)用(yòng)途。因此，必(bì)須將其設計為在(zài)分配的(dí)空間中執行(háng)該(gāi)功能。設計人員使用帶有特殊軟(ruǎn)件(jiàn)的計(jì)算機輔助(zhù)設計(jì)（CAD）係統在電路(lù)板(bǎn)上(shàng)布置電路(lù)圖案。可用於(yú)PCB設計的(dí)軟件(jiàn)包括(kuò)Allegro PCB Designer，Altium Designer和PCB Droid。使用軟(ruǎn)件(jiàn)可確(què)保設計(jì)中不包(bāo)含錯(cuò)誤(wù)，例(lì)如細(xì)小或不(bù)正確的(dí)走綫或微小的(dí)鑽(zuān)孔。
“ PCB設計(jì)的兩種(zhǒng)最常(cháng)見(jiàn)的(dí)設計技(jì)術是(shì)通孔技(jì)術和(hé)表麵貼(tiē)裝(zhuāng)技術(shù)（SMT）。在(zài)前者(zhě)中(zhōng)，每個(gè)組件(jiàn)都被壓入(rù)基(jī)板的微(wēi)小(xiǎo)孔(kǒng)中，並進(jìn)行(háng)焊(hàn)接以連(lián)接到(dào)板(bǎn)的背(bèi)麵(miàn)。
“在(zài)SMT中，每(měi)個(gè)組(zǔ)件(jiàn)的(dí)L形(xíng)或J形端子直接(jiē)與PCB接觸。
“ PCB上的組(zǔ)件(jiàn)通(tōng)過這(zhè)些方法電(diàn)連(lián)接到(dào)電路。盡(jìn)管SMT消除(chú)了通孔(kǒng)技術(shù)固有的費(fèi)時的鑽(zuān)孔過(guò)程和(hé)占用(yòng)空(kōng)間(jiān)的連接(jiē)墊，但在(zài)放置元件時(shí)仍需(xū)要格外小心。”
IC具(jù)有(yǒu)與PCB相似的(dí)功(gōng)能(néng)，不(bù)同之(zhī)處在於IC包(bāo)含(hán)更多的(dí)電(diàn)路(lù)和組件，這些(xiē)電(diàn)路(lù)和(hé)組件(jiàn)通(tōng)過(guò)電化(huà)學方法生長(cháng)在微(wēi)型(xíng)矽(guī)芯(xīn)片(piàn)的表(biǎo)麵上。
混(hùn)合電路(lù)包含一些組件，這(zhè)些(xiē)組件生長在(zài)基板的表麵(miàn)上，而(ér)不(bù)是放置在表(biǎo)麵上並進(jìn)行焊接。它(tā)看(kàn)起來(lái)像(xiàng)一塊PCB。
PCB類(lèi)型
可(kě)以(yǐ)通過以下幾種方式對電(diàn)路板(bǎn)進行(háng)分(fēn)類：
組件(jiàn)位置：單(dān)麵(miàn)，雙麵(miàn)和嵌(qiàn)入(rù)式(shì)
堆(duī)疊(dié)：單層和(hé)多(duō)層
設(shè)計：基於模(mó)塊，定製(zhì)和(hé)特殊(shū)
可彎曲性：剛性(xìng)，撓性和剛性-撓性(xìng)
強(qiáng)度(dù)：電(diàn)氣強度和(hé)機械強度
電氣功能(néng)：高(gāo)頻，大功率，高密(mì)度和微波
電(diàn)路板類(lèi)型可用於選(xuǎn)擇最適合設計的電路板材料。
單麵PCB僅(jǐn)包(bāo)括一層(céng)薄銅(tóng)鍍(dù)層(céng)的基板。將保護性焊料掩膜放(fàng)置在(zài)銅層上。絲網(wǎng)印(yìn)刷塗層可(kě)以(yǐ)塗(tú)在(zài)頂部(bù)以標(biāo)記(jì)木板的元素。
雙麵(miàn)PCB的(dí)基(jī)板(bǎn)包括金屬導(dǎo)電(diàn)層(céng)和(hé)附(fù)著在(zài)兩側（頂部(bù)和底部(bù)）的(dí)元件。
多層PCB通(tōng)過(guò)在雙麵PCB配(pèi)置中看到的層之(zhī)外增加額外(wài)的層(céng)，從而增加了PCB設計(jì)的(dí)密度和(hé)復雜性。這些(xiē)允(yǔn)許極厚(hòu)和高(gāo)度復(fù)合的設計。使用的額外(wài)層(céng)是電(diàn)源(yuán)層(céng)，可為電路提供電源並(bìng)降低電磁(cí)幹(gān)擾（EMI）的水(shuǐ)平。
剛性PCB使(shǐ)用堅(jiān)固的剛(gāng)性(xìng)基板(bǎn)材(cái)料（例(lì)如玻(bō)璃(lí)纖維(wéi)）來防(fáng)止(zhǐ)電(diàn)路板扭(niǔ)曲。計(jì)算(suàn)機(jī)中(zhōng)的(dí)母(mǔ)板(bǎn)是非(fēi)柔性PCB的最佳示(shì)例。
柔性(xìng)PCB的基板(bǎn)是(shì)柔性(xìng)塑料(liào)。它可(kě)以(yǐ)在(zài)使用過程(chéng)中(zhōng)轉動(dòng)和移位(wèi)，而不會損壞PCB上的(dí)電(diàn)路。它可以恢復重量和(hé)空間至(zhì)關(guān)重要(yào)的(dí)高(gāo)級齒輪中的繁重接綫(xiàn)，例如衛星。
剛性(xìng)-柔(róu)性板由附接(jiē)到(dào)柔性電路板上(shàng)的剛(gāng)性電路(lù)板(bǎn)組成。這些板可按需滿足(zú)復合(hé)設計要(yào)求。
有(yǒu)毒(dú)材(cái)料(liào)的安(ān)全(quán)注(zhù)意事項
焊料(liào)中(zhōng)的煙霧可(kě)能(néng)含有鉛，這是有毒的(dí)。焊(hàn)料(liào)用於在PCB上進(jìn)行電(diàn)氣連接(jiē)，因(yīn)此焊(hàn)接操作(zuò)必須在封閉的環境(jìng)中進行。排入(rù)大氣(qì)的煙(yān)霧必須(xū)清潔。替(tì)代(dài)電綫和(hé)焊料的(dí)一種解(jiě)決方(fāng)案(àn)是(shì)使用水溶性的(dí)導(dǎo)電模(mó)塑塑(sù)料(liào)。
選擇(zé)PCB材(cái)料(liào)的散熱注意事項
影響PCB的(dí)兩個因素是(shì)功(gōng)率和(hé)熱量(liáng)。因此，確(què)定(dìng)每(měi)個閾值至關重(zhòng)要(yào)。這(zhè)可以通過評估貫穿材料長度(dù)的PCB的熱導率(shuài)來完成。
導熱係(xì)數低的PCB材料(liào)會(huì)產(chǎn)生(shēng)熱量，這對於熱(rè)量密(mì)集型(xíng)應用可能(néng)是一個(gè)巨(jù)大(dà)的缺(quē)點。
選擇PCB材(cái)料(liào)
PCB有單麵(miàn)和(hé)雙麵兩種(zhǒng)，其中一(yī)些覆(fù)銅(tóng)，而(ér)另(lìng)一(yī)些(xiē)則(zé)將(jiāng)鋁用(yòng)於軍(jūn)事和(hé)航(háng)空航(háng)天，汽車(chē)和醫(yī)療行(háng)業(yè)。對(duì)於這(zhè)些(xiē)特(tè)定領域，使用的材料應具有(yǒu)最佳性(xìng)能(néng)。
選擇PCB材(cái)料的原因(yīn)是(shì)它們的重量(liáng)輕，質(zhì)量好或(huò)具有承受高(gāo)功率的能(néng)力。由(yóu)於(yú)材料水(shuǐ)平(píng)與性能水(shuǐ)平(píng)相關，因(yīn)此(cǐ)在(zài)選(xuǎn)擇PCB材(cái)料(liào)時，確(què)定哪些功(gōng)能需要相互比(bǐ)較(jiào)至(zhì)關重(zhòng)要。
撓性板的大(dà)部(bù)分由(yóu)Kapton組(zǔ)成(chéng)，Kapton是一種(zhǒng)聚(jù)酰亞(yà)胺薄膜(mó)，其耐熱性(xìng)，尺寸一致(zhì)性和(hé)介電常數(shù)僅為(wéi)3.6。Kapton有(yǒu)三種Pyralux版(bǎn)本：FR，非阻燃(rán)（NFR）和(hé)無(wú)膠，高性能（AP）。
質量(liáng)對於(yú)家用電子設備(bèi)或工(gōng)業設備(bèi)的(dí)任(rèn)何(hé)類型(xíng)的電(diàn)路(lù)板(bǎn)的(dí)構造(zào)都(dū)很(hěn)重要(yào)。PCB等組件(jiàn)應(yīng)在預(yù)期的使(shǐ)用(yòng)壽(shòu)命(mìng)內提供出(chū)色的(dí)性能。電子設備，微(wēi)波爐和其(qí)他家用(yòng)設(shè)備依(yī)靠PCB技術(shù)來(lái)保(bǎo)持(chí)工作狀態。
LED照(zhào)明用PCB
LED PCB板在運(yùn)行時會(huì)發熱(rè)。因(yīn)此，LED芯(xīn)片(piàn)安裝在由(yóu)鋁，銅(tóng)或合(hé)金混合物(wù)等金(jīn)屬製成的底座上，並塗(tú)有(yǒu)高反(fǎn)射表(biǎo)麵(miàn)，以實現(xiàn)最佳的(dí)熱(rè)量(liáng)管(guǎn)理並增加(jiā)光輸(shū)出。這樣可以(yǐ)使發(fā)熱組件(jiàn)保持涼爽(shuǎng)，並(bìng)提(tí)高(gāo)其散熱能力。這樣(yàng)可以提高LED的性能和壽命(mìng)。
因(yīn)此(cǐ)，選(xuǎn)擇(zé)用(yòng)於LED應用(yòng)的金(jīn)屬芯PCB（MC-PCB）。其中包(bāo)括一層薄(báo)薄(báo)的(dí)導熱(rè)介(jiè)電材料，其(qí)傳(chuán)熱效率(shuài)比(bǐ)傳統(tǒng)的剛(gāng)性PCB高得多。FR-4材料(liào)包(bāo)括(kuò)一個(gè)熱(rè)鍍(dù)鋁(lǚ)層，可以有(yǒu)效(xiào)地散(sàn)熱。鑒(jiàn)於MC-PCB材(cái)料是為更高(gāo)的功率(shuài)而開(kāi)發(fā)的(dí)。
未來(lái)
深(shēn)圳小銘(míng)打(dǎ)樣smt貼(tiē)片(piàn)加工:電(diàn)子產品的小(xiǎo)型化繼續推動(dòng)PCB製(zhì)造(zào)向(xiàng)電子功能(néng)增(zēng)強的(dí)更(gēng)小，更(gēng)密(mì)集的電路板發(fā)展。進(jìn)步包(bāo)括(kuò)3D模製(zhì)塑(sù)料(liào)板和IC芯(xīn)片使用的增(zēng)加。這些進步將使(shǐ)PCB的製造在(zài)未來數(shù)年保(bǎo)持(chí)活躍。
計劃設計良(liáng)好(hǎo)的層堆疊既(jì)可以使電(diàn)磁輻射最(zuì)小(xiǎo)化，又可(kě)以(yǐ)防(fáng)止電路(lù)受(shòu)到外(wài)部噪聲源的幹擾。它還(huán)可以減少信(xìn)號串擾和阻(zǔ)抗失配(pèi)問題(tí)。現(xiàn)代(dài)電(diàn)子(zǐ)設備(bèi)的發(fā)展要求PCB具有新的功能，例(lì)如(rú)輕巧，小(xiǎo)型(xíng)化，更好的(dí)功能和(hé)可靠(kào)性，高速(sù)和更(gēng)長的(dí)壽(shòu)命。