现今的pcb基材大底由铜箔层(cooper foil)、补强材(reinforcement)、树脂(epoxy)等三种主要成份所构成,可是自从无铅(lead free)制程开始后,第四项粉料(fillers)才被大量加进pcb的板材中,用以提高pcb的耐热能力。
我们可以把铜箔想像成人体的血管,用来输送重要的血液,让pcb起到活动的能力;补强材则可以想像成人体的骨骼,用来支撑与强化pcb不至于软蹋下来;而树脂则可以想像是人体的肌肉,是pcb的主要成分。
下面将这四种pcb材料的用途、特性与注意事项来加以说明:
1. copper foil(铜箔层)
electric circuit:导电的线路。
signal line:传送讯息的讯(信)号线。
vcc:电源层、工作电压。最早期的电子产品的工作电压大多设为12v,随著技术的演进,省电的要求,工作电压慢慢变成了5v、3v,现在更渐渐往1v移动,相对地铜箔的要求也越来越高。
gnd(grounding):接地层。可以把vcc想成是家裡面的水塔,当我们把水龙头打开以后,透过水的压力(工作电压)才会有水(电子)流出来,因为电子零件的作动都是靠电子流动来决定的;而gnd则可以想像成下水道,所有用过或没用完的水,都经由下水道流走,否则水龙头一直排水,家裡面可是会淹大水的。
heat dissipation (due to high thermal conductivity) :散热用。有没有听说过某些cpu热到可以把蛋煮熟,这其实不夸张,大多数的电子元件都会耗用能量而产生热能,这时候需要设计大面积的铜箔来让热能尽快释放到空气当中,否则不只人类受不了,就连电子零件也会跟著当机。
2. reinforcement(补强材)
选用pcb补强材的时候必须具备下列的各项优异特性。而我们大部分看到的pcb补强材都是玻璃纤维(gf, glass fiber)制成 ,仔细看的话玻璃纤维的材质有点像很细的钓鱼线,因为具备下列的个性优点,所以经常被选用当pcb的基本材料。
high stiffness:具备高「刚性」,让pcb不易变形。
dimension stability:具备良好的尺寸安定性。
low cte:具备低的「热胀率」,防止pcb内部的线路接点不至于脱离造成失效。
low warpage:具备低的变形量,也就是低的板弯、板翘。
high modules:高的「杨氏模量」
3. resin matrix(树脂混合材)
传统fr4板材以epoxy为主,lf(lead free)/hf(halogen free)板则采用多种树脂与不同固化剂与之搭配,使得成本上升,lf约20%,hf约45%。
hf板材易脆易裂且吸水率变大,厚大板容易发生caf,需改用开纤布、扁纤布,并强化含浸均匀之物质。
良好的树脂必须具备下列的条件:
heat resistance:耐热好。加热焊接两~三次后不会爆板,才叫耐热性好。
low water absorption:低的吸水率。吸水是造成pcb爆板的主要原因。
flame retardance:必须具备阻燃性。
peel strength:具备高的「抗撕强度」。
high tg:高的玻璃态转换点。tg高的材料大多不易吸水,不吸水才是不爆板的根本原因,而不是因为高tg。
toughness:良好的「韧度」。韧度越大越不容易爆板。toughness又被称作「破坏能量」,韧度越好的材料其承受衝击忍受破坏的能力就越强。
dielectric properties:高的介电性,也就是绝缘材料。
4. fillers system(粉料、填充料)
早期有铅焊接的时候温度还不是很高,pcb原本的板材还可以忍受,自从进入无铅焊接后因为温度加高,所以粉料才加进pcb的板材中来将强pcb抵抗温度的材料。
fillers应先作藕合处理以提高分散性与密著性。
heat resistance:耐热好。加热焊接两~三次后不会爆板,才叫耐热性好。
low water absorption:低的吸水率。吸水是造成pcb爆板的主要原因。
flame retardance:必须具备阻燃性。
high stiffness:具备高「刚性」,让pcb不易变形。
low cte:具备低的「热胀率」,防止pcb内部的线路接点不至于脱离造成失效。
dimension stability:具备良好的尺寸安定性。
low warpage:具备低的变形量,也就是低的板弯、板翘。
drill processibility:因为粉料的高刚性与高韧性,所以造成pcb钻孔的困难度。
high modulus:杨氏模量
heat dissipation(due to high thermal conductivity) :散热用。
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