在現代電子設備的制造中，電路板（PCB）是至關重要的組成部分。PCB的設計涉及到許多因素，其中PCB材料特性是決定電路板性能和可靠性的重要因素之一。不同的PCB材料在熱、機械和電氣方面表現出不同的行為，而正確選擇和應用這些材料可以最大程度地優化電路板的性能。 在電子產品使用的PCB，基本都是由銅箔和有機材料組成的，如下圖所示：

重要的PCB材料特性

1. 電氣性能

電氣性能是決定電路板信號傳輸和性能的關鍵因素之一。在PCB材料中，介電常數是一個重要的電氣特性。介電常數影響信號的傳播速度和損耗，特別是在高速/高頻PCB設計中。介電常數隨著頻率的變化而變化，導致信號的色散和損耗。設計人員在選擇PCB材料時，應特別關注介電常數的頻率依賴性，以確保在高頻應用中獲得準確的信號傳輸。

2. 結構特性

PCB的結構特性會影響電路板的機械、熱學和電氣性能。其中兩個關鍵方面是玻璃編織風格和銅導體粗糙度。

玻璃編織風格

玻璃編織風格在PCB基板上留下縫隙，影響基板的介電常數和機械性能。玻璃編織風格中的間隙會引起所謂的纖維編織效應，導致介電常數的變化和信號損耗。這在高頻應用中尤為明顯，可能影響信號的穩定性和傳輸質量。

銅導體粗糙度

銅導體的表面粗糙度影響電路板的電阻抗和信號傳輸。較粗糙的導體表面會增加高頻信號傳輸時的損耗，降低信號質量。設計人員應該選擇合適的導體制造方法和材料，以確保導體表面的平滑度和電氣性能。

3. 熱性能

PCB的熱性能對于電子設備的散熱和穩定性至關重要。在選擇PCB材料時，熱導率和比熱是兩個重要的考慮因素。

熱導率和比熱

熱導率表示了熱量在材料中傳遞的能力，而比熱表示了材料溫度變化所需的熱量。這兩個參數共同影響電路板的熱傳導和溫度分布。對于需要高效散熱的應用，應選擇具有較高熱導率的PCB材料，以確保熱量能夠有效地從電路板散發出去。

玻璃化轉變溫度和熱膨脹系數（CTE）

玻璃化轉變溫度和熱膨脹系數是決定PCB材料在熱變化下性能的重要指標。玻璃化轉變溫度是材料從玻璃態轉變為橡膠態的溫度，影響材料的機械性能和穩定性。熱膨脹系數表示材料在溫度變化下體積的變化程度，影響PCB在熱循環中的可靠性和穩定性。設計人員應選擇具有適當玻璃化轉變溫度和熱膨脹系數的PCB材料，以適應預期的工作溫度范圍和熱循環環境。

Tg指標

（1）一般Tg的板材：130℃~150℃，如KB-6164F（140℃）、S1141（140℃）；

（2）中等Tg的板材：150℃~170℃，如KB-6165F（150℃）、S1141 150（150℃）；

（3）高等Tg的板材：170℃及以上，如KB-6167F（170℃）、S1170 （170℃）。

結論

在電路板設計中，正確選擇和應用PCB材料是確保電路板性能和可靠性的關鍵。不同的PCB材料具有不同的電氣、結構、機械和熱性能，設計人員應根據應用需求仔細評估這些特性。通過考慮介電常數、結構特性和熱性能等關鍵因素，設計人員可以制定出更穩定、高效的電子設備，滿足不同應用的需求。

常見問題解答

Q1: 為什么介電常數對PCB設計重要？

A: 介電常數影響信號傳播速度和損耗，對于高速/高頻PCB設計非常關鍵。

Q2: 玻璃化轉變溫度是什么？

A: 玻璃化轉變溫度是材料從玻璃態轉變為橡膠態的溫度，影響材料的機械性能和穩定性。

Q3: 銅導體粗糙度對信號傳輸有何影響？

A: 銅導體粗糙度會增加信號傳輸時的損耗，降低信號質量。

Q4: 為什么熱導率重要？

A: 熱導率影響電路板的散熱性能，對于高功率應用非常關鍵。

Q5: 如何選擇合適的PCB材料？

A: 根據應用需求評估電氣、結構、機械和熱性能，選擇最適合的PCB材料以優化性能和可靠性。

1、我們經常選擇的FR-4不是一種材料的名稱

我們經常指的“FR-4”是一種耐燃材料等級的代號，它所代表的意思是樹脂材料經過燃燒狀態必須能夠自行熄滅的一種材料規格，它不是一種材料名稱，而是一種材料等級，因此目前一般電路板所用的FR-4等級材料就有非常多的種類，但是多數都是以所謂的四功能(Tera-Function)的環氧樹脂加上填充劑(Filler)以及玻璃纖維所做出的復合材料。

比如說我們家現在做的FR-4水綠玻纖板 黑色玻纖板，他都具有耐高溫、絕緣、阻燃等功能。所以大家在選擇材料的時候一定要搞清楚自己需要的材料要達到什么特點。這樣就好選購到自己所需的產品。

印刷電路板基材主要有二大類：有機類基板材料和無機類基板材料，使用最多的是有機類基板材料。層數不同使用的 PCB 基材也不同，比如 3～4 層板要用預制復合材料，雙面板則大多使用玻璃－環氧樹脂材料。

【最新PCB及相關材料IEC標準信息】

國際電工委員會（簡稱IEC）是一個由各國技術委員會組成的世界性標準化組織，我國的國家標準主要是以IEC標準為依據制定，IEC標準也是PCB及相關基材領域中標準發展較快，先進的國際標準之一。為了便于同行了解PCB及相關材料的IEC技術標準信息，推進印電路技術的發展最快的與國際標準接軌，今將IEC現行有效的PCB基材（覆箔板）標準、PCB標準、PCB相關材料的技術標準、其涉及的測試方法標準的標準信息及修訂情況整理如下：

PCB及基材測試方法標準:

1、IEC61189-1（1997-03）：電子材料試驗方法，內連結構和組件----第一部分：一般試驗方法和方法學。

2、IEC61189（1997-04）電子材料試驗方法，內連結構和組件----第二部分：內連結構材料試驗方法 2000年1月第一次修訂

3、IEC61189-3（1997-04）電子材料試驗方法，內連結構和組件----第三部分：內連結構（印制板）試驗方法1999年7月第一次修訂。

4、IEC60326-2（1994-04）印制板----第二部分；試驗方法1992年6月第一次修訂。

PCB相關材料標準

1、IEC61249-5-1（1995-11）內連結構材料----第5部分：未涂膠導電箔和導電膜規范----第一部分：銅箔（用于制造覆銅基材）

2、IEC61249-5-4（1996-06）印制板和其它內連結構材料----第5部分：未涂膠導電箔和導電膜規范----第四部分；導電油墨。

3、IEC61249-7-（1995-04）內連結構材料----第7部分：抑制芯材料規范----第一部分：銅/因瓦/銅。

4、IEC61249-8-7（1996-04）內連結構材料----第8部分：非導電膜和涂層規范----第七部分：標記油墨。

5、IEC61249 8 8（1997-06）內連結構材料----第8部分：非導電膜和涂層規范----第八部分：永久性聚合物涂層。

印制板標準

1、IEC60326-4（1996-12）印制板----第4部分：內連剛性多層印板----分規范。

2、IEC60326-4-1（1996-12）印制板----第一4部分：內連剛性多層印制板----分規范----第一部分：能力詳細規范----性能水平A、B、C。

3、IEC60326-3（1991-05）印制板----第三部分：印制板設計和使用。

4、IEC60326-4（1980-01）印制板----第四部分：單雙面普通也印制板規范（該標準1989年11月第一次修訂）。

5、IEC60326-5（1980-01）印制板----第五部分：有金屬化孔單雙面普通印制板規范（1989年月日0月第一次修訂）。

6、EC60326-7（1981-01）印制板----第七部分：（無金屬化孔）單雙面撓性印制板規范（1989年11月第一次修訂）。

7、EC60326-8（1981-01）印制板----第八部分：（有金屬化孔）單雙面撓性印制板規范（該標準1989年11月第一次修訂）。

8、EC60326-9（1981-03）印制板----第九部分：（有金屬化孔）單雙面撓性印制板規范（該標準1989年11月第一次修訂）。

9、EC60326-9（1981-03）印制板----第十部分：（有金屬化孔）剛-撓雙面印制板規范（1989年11月第一次修訂）。

10、EC60326-11（1991-03）印制板----第十一部分：（有金屬化孔）剛-撓多層印制板規范。

11、EC60326-12（1992-08）印制板----第十二部分：整體層壓拼板規范（多層印制板半成品）。

(1)紙基印紙基印紙基印紙基印制板制板制板制板 這類印制板使用的基材以纖維紙作增強材料，浸上樹脂溶液(酚醛樹脂、環氧樹脂等)干燥加工后，覆以涂膠的電解銅箔，經高溫高壓壓制而成。按美國 ASTM/NEMA(美國國家標準協會/美國電氣制造商協會)標準規定的型號，主要品種有FR-1、FR-2、FR-3(以上為阻燃類XPC、 XXXPC(以上為非阻燃類)。全球紙基印制板85%以上的市場在亞洲。最常用、生產量大的是FR-1和XPC印制板。

(2)環氧玻纖布印制板環氧玻纖布印制板環氧玻纖布印制板環氧玻纖布印制板 這類印制板使用的基材是環氧或改性環氧樹脂作黏合劑，玻纖布作為增強材料。這類印制板是當前全球產量最大，使用最多的一類印制板。在ASTM/NEMA標準中，環氧玻纖布板有四個型號：G10(不阻燃)，FR-4(阻燃)；G11(保留熱強度，不阻燃)，FR-5(保留熱強度，阻燃)。實際上，非阻燃產品在逐年減少，FR-4占絕大部分。

(3)復合基材印制板合基材印制板合基材印制板合基材印制板 這類印制板使用的基材的面料和芯料是由不同增強材料構成的。使用的覆銅板基材主要是CEM(composite epoxy material)系列，其中以CEM-1和CEM-3最具代表性。CEM一1基材面料是玻纖布，芯料是紙，樹脂是環氧，阻燃；CEM-3基材面料是玻纖布，芯料是玻纖紙，樹脂是環氧，阻燃。復合基印制板的基本特性同FR-4相當，而成本較低，機械加工性能優于FR-4。

(4)特種基材印制板特種基材印制板特種基材印制板特種基材印制板 金屬基材(鋁基、銅基、鐵基或因瓦鋼)、陶瓷基材，根據其特性、用途可做成金屬(陶瓷)基單、雙、多層印制板或金屬芯印制板。

2、選擇板材，我們需要考慮SMT帶來的影響

無鉛化電子組裝過程中， 由于溫度升高，印刷電路板受熱時發生彎曲的程度加大，故在 SMT 中要求盡量采用彎曲程度小的板材，如 FR-4 等類型的基板。由于基板受熱后的脹縮應力對元件產生的影響，會造成電極剝離，降低可靠性，故選材時還應該注意材料膨脹系數，尤其在元件大于 3.2×1.6mm 時要特別注意。表面組裝技術中用 PCB 要求高導熱性，優良耐熱性（150℃，60min）和可焊性（260℃，10s），高銅箔粘合強度（1.5×104Pa 以上）和抗彎強度（25×104Pa），高導電率和小介電常數、好沖裁性（精度±0.02mm）及與清洗劑兼容性，另外要求外觀光滑平整，不可出現 翹曲、裂紋、傷痕及銹斑等。

3、PCB的厚度選擇

 印制電路板厚度有 0.5mm、0.7mm、0.8mm、1mm、1.5mm、1.6mm、（1.8mm）、 2.7mm、（3.0mm）、3.2mm、4.0mm、6.4mm，其中 0.7mm 和 1.5mm 板厚的 PCB 用 于帶金手指雙面板的設計，1.8mm 和 3.0mm 為非標尺寸。印制電路板尺寸從生產角度考慮，最小單板不應小于 250×200mm，一般理 想尺寸為（250～350mm）×（200×250mm），對于長邊小于 125mm 或寬邊小于 100mm 的 PCB，易采用拼板的方式。表面組裝技術對厚度為 1.6mm 基板彎曲量的 規定為上翹曲≤0.5mm，下翹曲≤1.2mm。通常所允許的彎曲率在 0.065%以下 根據金屬材料分為 3 種，典型的 PCB 所示；根據結構軟硬分為 3 種，電子插件也向高腳數、小型化、SMD 化及復雜化發展。電子插件通過接腳安裝在線路板上并將接腳焊在另一面上，這種技術稱為 THT （ThroughHoleTechnology）插入式技術。這樣在 PCB 板上要為每只接腳鉆孔，示意了 PCB 的典型應用方式。

4、鉆孔

隨著 SMT 貼片技術的高速發展，多層線路板之間需要導通，通過鉆孔后電鍍來保證，這就 需要各種鉆孔設備。為滿足以上的要求，目前，在國內外推出不同性能的 PCB 數控鉆孔設備。印制線路板的生產過程是一個復雜的過程，它涉及的工藝范圍較廣，主要涉及的領域有光化學、電化學、熱化學；在生產制造過程中涉及的工藝步驟也比較多，以硬多層線路板為例來說明其加工工序。在整個工序中鉆孔是十分重要的工序，孔的加工占用的時間也是最長的，孔的位置精度和孔壁質量直接影響后續孔的金屬化和貼片等工序，也直接影響印制線路板的加工質量和加工成本數控鉆孔機原理、結構及功能在線路板上鉆孔的常 用方法有數控機械鉆孔方法和激光鉆孔方法等，現階段以機械鉆孔方法使用最多。