PCB板材的選擇要考慮的因素有哪些

PCB板廠沒有庫存是很常見的事情，就連很多常規(guī)的普通FR4板材也會出現(xiàn)這種情況，這個時候很多板廠或者市場人員為了趕交期，就會和客戶協(xié)商，“能否換種同樣性能等級的材料？”客戶就會反問回來：“具體換哪種呢？怎么保證性能匹配？”往往這又到了我們該出場的時間啦！

PCB板材的選擇要考慮的因素主要分為內(nèi)因和外因，我們先來看看內(nèi)因。內(nèi)因主要是材料本身的內(nèi)在特性，通常我們需要關(guān)注的是電氣性能、熱性能以及物理（機械）性能，下面分別從這幾大點來介紹一些主要的特性。

一、電氣性能主要就是介電常數(shù)（Dk）與損耗角（Df）

Dk即Dielectric constant的簡稱，中文名叫介電常數(shù)，又叫介質(zhì)常數(shù)或介電系數(shù)，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以字母ε表示。在工程應(yīng)用中，介電常數(shù)時常以相對介電常數(shù)的形式來表達，而不是絕對值，常見應(yīng)用有計算阻抗和時延。

Df即Dissipationfactor的簡稱，中文名叫介質(zhì)損耗因子，又叫阻尼因子、內(nèi)耗（internal dissipation）或損耗角正切（loss tangent），是材料在交變力場作用下應(yīng)變與應(yīng)力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比（通俗講就是信號線中已漏失在絕緣板材中的能量，與尚存在線中能量的比值）。損耗與Dk&Df關(guān)系密切，如下為介質(zhì)損耗的近似計算公式。

A=2.3*F*Dk*Df

其中A為單位inch的損耗（dB/inch），F(xiàn)為頻率（GHz），Dk為相對介電常數(shù)，Df為損耗因子；

當然最終的損耗還有其他的一些影響因素，這個公式只是從介質(zhì)本身的角度去評估單位長度的線路介質(zhì)損耗，這個電氣特性的數(shù)據(jù)我們也可以通過材料的規(guī)格書（datasheet）得到，如下表分別列出了兩家材料廠家的手冊。

表1、P廠家的材料手冊說明

表2、T廠家的材料手冊說明

可以看到電氣特性都有介電常數(shù)和損耗因子的參數(shù)，其他的還有如體電阻和表面電阻等，我們一般也關(guān)注比較少，這些只需要滿足IPC的規(guī)格要求就可以了，一些特殊的產(chǎn)品可能會去關(guān)注這幾個參數(shù)，在此不是我們關(guān)注的重點。

二、熱性能相關(guān)的特性參數(shù)

在介紹參數(shù)前，我們先來看看下面兩家不同材料廠家的數(shù)據(jù)手冊關(guān)于熱性能參數(shù)的定義。

表3、P廠家的材料手冊說明

表4、T廠家的材料手冊說明

從表里面，我們看到的主要是Tg值，Td值，CTE以及T288/T260/T300等，下面我們分別介紹這些參數(shù)。

Tg值是GlassTransition Temperature的簡稱， 即玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度， 是玻璃態(tài)物質(zhì)在玻璃態(tài)和高彈態(tài)（通常說的軟化）之間相互轉(zhuǎn)化的溫度，在PCB行業(yè)中，此玻璃態(tài)物質(zhì)一般是指由樹脂或樹脂與玻纖布組成的介質(zhì)層。常用普通Tg板材的Tg要求大于135℃，中Tg要求大于150℃，高Tg要求大于170℃，Tg值越高，通常其耐熱能力及尺寸穩(wěn)定性越好。Tg值一般也有不同的測試方法，通常有DMA、DSC和TMA等，不同的測試方法測試結(jié)果可能會不一樣，所以我們一般也是在同樣的測試方法下去比較不同材料的Tg值。

Td值即Thermal Decomposition temperature的簡稱，又叫熱分解溫度，是指基材樹脂受熱失重5%時的溫度，為印制板的基材受熱引起分層和性能下降的標志。一般采用的是TGA的測試方法，Td值越高，材料穩(wěn)定性越好（當然也是相對來說的）。

CTE即Coefficient of Thermal Expansion的簡稱，又叫熱膨脹系數(shù)，通常衡量PCB板材性能的是線性膨脹系數(shù)，定義為：單位溫度改變下長度的增加量與原長度的比值，如Z-CTE，最終影響的是板厚的變化尺寸。CTE值越低，尺寸穩(wěn)定性越好，反之越差。

T288 是反映印制板基材耐焊接條件的一項技術(shù)指標，指印制板的基材在288℃條件下經(jīng)受焊接高溫而不產(chǎn)生起泡、分層等分解現(xiàn)象的最長時間，該時間越長對焊接越有利。

T260/T300也是同樣的意思，只是溫度指標不一樣，在此不再解釋。

三、物理（機械）性能相關(guān)的參數(shù)

如下表是某兩家材料廠家的手冊關(guān)于物理（機械）性能相關(guān)的參數(shù)。

表5、P廠家的材料手冊說明

表6、T廠家的材料手冊說明

可以看到基本就是吸水率、剝離強度、抗彎強度以及可燃性等，這部分不做過多解釋，大家可以自行去找度娘。

除了上面提到的一些參數(shù)，有些材料參數(shù)可能會比較隱蔽，在一些手冊里面可能找不到，但又是不得不考慮的，比如耐CAF性能及CTI等。

CAF是Conductive Anodic Filament 的簡稱，又叫離子遷移， 它是指金屬離子在電場的作用下在非金屬介質(zhì)中發(fā)生的電遷移化學(xué)反應(yīng)，從而在電路的陽極、陰極間形成一個導(dǎo)電通道而導(dǎo)致電路短路。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品輕、薄、短、小化，PCB的孔間距和線間距就會變的越來越小，線路也越來越細密，這樣一來PCB的耐離子遷移性能就變得越來越重要。CAF主要發(fā)生在如下圖2所示的四種情況。

圖2

CTI即Comparative Tracking lndex的簡稱，又叫相對漏電指數(shù)（或稱為相比漏電指數(shù)、漏電起痕指數(shù)）。指材料表面能經(jīng)受住50滴電解液（0.1%氯化銨水溶液）而沒有形成漏電痕跡的最高電壓值，單位為V。

前面說了內(nèi)因，再來說說外因，外因就是外部的影響因素，比如加工難度及成本考慮，環(huán)保要求及交期（可及時獲得性）等。

這些因素都沒有太多復(fù)雜的學(xué)術(shù)解釋需要，大家一看就清楚，咱們重點介紹涉及到的一些環(huán)保要求。

1、歐盟RoHS指令

主要用于規(guī)范電子電氣產(chǎn)品的材料及工藝標準，使之更加有利于人體健康及環(huán)境保護，該標準的目的在于消除電機電子產(chǎn)品中的鉛（Pb），鎘（Cd），汞（Hg），六價鉻（Cr6+），多溴聯(lián)苯（PBBs）和多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）共6項物質(zhì)，并重點規(guī)定了鉛的含量不能超過0.1%。該標準已于2006年7月1日開始正式實施，所以現(xiàn)在很多PCB焊接也是需要無鉛，這些都是基于環(huán)保的考慮。

2、WEEE指令

報廢的電子電氣設(shè)備指令

3、歐盟REACH法規(guī)-No SVHCs

是歐盟對進入其市場的所有化學(xué)品進行預(yù)防性管理的法規(guī)。已于2007年6月1日正式實施。

除了上面一些常見的環(huán)保指令和法規(guī)，有些國家和地區(qū)對鹵素材料也有比較嚴格的限制，所以后面就出來了很多無鹵素的材料，現(xiàn)在很多高速板材里面也慢慢的出了對應(yīng)無鹵素要求的板材，如Tu862HF、IT958G、IT988GSE等。

如下圖3所示為常見環(huán)保要求的標志。

圖3

看了上面的介紹，不知道大家在材料替換的時候是不是有點依據(jù)了，當然很多材料的手冊和實際情況可能會有點差異，這個就需要大家平時去收集材料以及測試驗證來積累了，有句俗話說得好：“師傅帶進門，修行看個人”，希望大家看了文章后能達到如下圖廣告的效果，我只能幫你到這了。
編輯：hfy