印刷電路板小學堂-材料篇

關鍵字 :PCBImpedanceSignal IntegritySI

印刷電路板 ( Printed Circuit Board, PCB ) 的材料選擇對於其性能、可靠性和成本有著重要影響。PCB 廠製作印刷電路板,是用材料廠預製的材料做加工,就像成衣廠也是用紡織廠製作的布料來製做衣服。


以下介紹幾種主要的 PCB 材料,包括基板材料、預浸材料與銅箔:

基板材料(Core)

定義:基板材料是由 絕緣材料 銅箔 貼合組成的。選用時會涵蓋零件的發熱因素,確保板材的穩定性。

常見的基板材料:

  • FR2:浸漬有酚醛樹脂的紙,通常額定溫度為 105 °C。
  • FR4:浸漬環氧樹脂的玻璃纖維布,通常額定溫度為 130 °C。
  • 金屬芯板:例如基於 FR4 的材料,壓合在鋁板上。需要大量冷卻的產品會採用。

預浸材料(PP, Prepreg)

定義:預浸材料是浸漬環氧樹脂的 玻璃纖維,用於不同銅箔層之間堆疊的絕緣材料。玻璃纖維的密度會影響介電係數與材料厚度。

PP 孔隙造成阻抗變化較大的原因是介質不均勻,如 圖 1 所示:

 

經過纖維束較多的部分,孔隙少介電係數較高(左),經過纖維束較少的部分,孔隙多介電係數較低(右)。

圖 1 PP 孔隙示意圖

 

如果希望阻抗保持較為穩定且均勻,則需要選擇編織較為緊密的 PP。圖 2 展示了幾種常見的材料編號,並以示意圖呈現編織密度的差異。

圖 2 不同編織密度的 PP 材料

 

通常 PCB 廠在壓合時,兩層銅箔層之間最多疊兩層 PP,以確保黏貼穩固,圖 3 中的 L3、L4 和 L5、L6 各使用了兩層 7628 堆疊,而 L1、L2 和 L7、L8 則使用了一層 2116。

圖 3 PP 壓合在 PCB 的表示方式

銅箔(Copper Foil)

定義:銅箔 是形成導電路徑的材料,包含 Core 貼合的銅箔形式,以及後續製程中疊加在 PP 上的銅箔形式,選擇時需要考慮用途與製程順序。

銅箔的厚度通常以盎司(oz)為簡稱,定義為每平方英尺(ft²)面積內的銅箔重量,單位可以寫為 oz/ft²,可參照 表 1

 

表 1 銅箔厚度對照表

銅箔重量

銅箔厚度

oz/ft²

inch

mil

mm

0.5

0.0007

0.7

0.018

1.0

0.0014

1.4

0.035

2.0

0.0028

2.8

0.070

 

高密度大電流設計,通常會選用較厚的銅箔,以避免因銅箔截面積不足而導致的發熱現象。而高密度信號線則採用較薄的銅箔,以防止過度蝕刻造成的粗細不均問題。圖 4 展示了不同厚度銅箔蝕刻的情況。為了實現最小安全線距,通常選用較薄的銅箔,避免過度蝕刻的現象。

 

圖 4 高密度訊號線蝕刻差異(切面圖)

 

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