PCB施工材料如何选择？

在设计 PCB 板时，设计人员必须定义 PCB 构建所需的板材料材料. 因此，设计人员主要考虑两个基本的热和电特性，其次是机械特性。

PCB 材料热性能

材料的热性能决定了其在保持其特性的同时承受极端温度的能力。 以下是选择PCB材料时需要考虑的热性能。

玻璃化转变温度 (T_g)

玻璃化转变温度 (T_g）是 定义为由于聚合物链开始移动，PCB材料特性经历从刚性（玻璃态）状态转变为可变形（柔性）状态的温度范围. 下面的图 1 展示了基材的熔化和软化现象。 之间的玻璃化转变温度（T_g) 和熔化温度 (T_m)，基材达到橡胶状态。 一旦温度低于 T_g，PCB结构的材料会变硬，基材的性能将恢复到原来的状态。 如果温度高于 T_m，由于材料从固体转变为粘性液体，因此基材将迅速失去其形状和强度。

图 1：基板的状态

分解温度（T_d)

分解温度（T_d) 是指基材发生化学分解时的温度，这会导致基材损失至少 5% 的质量。 值得注意的是，如果基板温度达到或超过 T_d，其性质的后续变化是不可逆的。 因此，必须选择在高于 T 的温度范围内能良好工作的材料。_g 但远低于T_d. T_d 大多数PCB材料性能高于320，这是有利的，因为大多数焊接温度都在 200-250°C 的范围内。

热膨胀系数 (CTE)

材料受热时的膨胀率称为热膨胀系数 (CTE)。 CTE 的单位是 ppm（百万分之一）/°C。 通常，介质基板的CTE高于铜，这会导致PCB受热时出现互连问题。 随着介电材料的温度升高到 T 以上_g，CTE 也会上升。 由于编织玻璃在X和Y方向限制了材料，即使材料的温度高于T_g，沿 X 和 Y 轴的 CTE 不会有太大变化。 因此，材料将在 Z 方向膨胀，但沿该轴的 CTE 应尽可能低。

导热系数

热导率 (k) 定义为 PCB 材料选择的导热能力. 也就是说，导热系数越高，传热越高； 而导热系数越低，传热越低。 导热系数的表达式为：

K=（Q*d）/（A*ΔT）

Q、d、A、ΔT 分别代表传热量、两个等温面之间的距离、表面面积和温差。 与铜的导热系数（386W/M℃）相比，大多数介电材料的导热系数较低，范围为0.3至0.6W/M℃。 这可以解释为什么铜基板会比电介质基板带走更多的热量。

电气特性

介电常数或相对介电常数 (E_r 或D._k)

介电常数或相对介电常数 (E_r 或D._k) 定义为材料介电常数与真空介电常数的比值。 用于 PCB 结构的大多数材料的介电常数在 2.5 到 4.5 之间. 电常数随频率变化，通常与频率成反比。 那些在宽频率范围内保持相对稳定介电常数的材料适用于高频应用

介电损耗角正切或耗散因数（Tan 或 D_f)

介电损耗是指介电材料固有的电磁能量耗散。 它还可以根据相应的损耗角正切 (Tan) 进行参数化，损耗角正切是电介质中电阻和无功电流之间的相位角。 损耗因数 D 的范围_f 是从 0.001 到 0.030。

PCB材料机械性能

拉伸（杨氏）模量或弹性模量

拉伸模量是在适用于胡克定律的应力范围内沿同一轴的应力与应变之比。 杨氏模量值越大，基材材料越硬。 表达式为：

E = 应力/应变 = (F/A) / [(L – Lo) /L]

F、A、L、Lo分别为施加在材料上的力、材料的截面积、材料的原始长度和材料被拉伸后的长度。

抗弯强度

弯曲强度也称为弯曲强度或横向断裂强度，定义为 PCB 材料在中心加载或在末端支撑时屈服之前的应力。 抗弯强度的单位是kg/m² 或 psi。

 

有更多关于如何选择PCB材料的问题？ 立即联系我们的工程师： tech@orientdisplay.com 或访问我们的 PCB页面.

还检查： PCB基板

文献参考：

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/glass-transition-temperature

电路，S.（nd）。 PCB 材料设计指南。 1-30。

(https://www.protoexpress.com/pcb/)