PCB科技 - PCB資料選擇：電力和製造因素

當選擇 PCB資料, 為您的設計做出正確的選擇很重要，因為資料會影響整體效能. 在進入製造階段之前，瞭解熱特性和電力特性如何影響設計，可以節省時間和金錢，同時實現最佳效果.

PCB堆棧結構是構建一個 多層PCB 以連續的順序. 層壓板由磁芯組成, 預浸料和銅箔. 通常地, 堆疊是對稱的. 大多數產品的板厚小於62密耳.

電路板使用什麼資料？

PCB資料選擇：電力和製造注意事項

PCB資料：箔、芯和預浸料

使用以下3項製造印刷電路板：

預浸料：B級資料，具有粘性，允許粘合不同的層壓板或箔

銅箔：用作印刷電路板中的導體。

覆銅板（芯）：通過預浸料和銅箔進行層壓和固化。

電介質資料的基本特性

我們知道PCB層壓板是由電介質資料製成的。 在選擇層壓板時，我們需要考慮所用電介質資料的各種特性。

熱效能：

玻璃化溫度（T g）：玻璃化溫度或T g是隨著聚合物鏈變得更易移動，基質從玻璃態、剛性狀態變為軟化、可變形狀態的溫度範圍。 當資料冷卻時，其特性將恢復到其原始狀態。 T g以攝氏度（攝氏度）表示。

分解溫度（T d）：分解溫度或T d是PCB資料發生化學分解的溫度（資料損失至少5%的質量）。 與T g一樣，T d也以攝氏度（攝氏度）表示。

熱導率（K）：熱導率或K是資料導熱的特性； 低導熱係數意味著低傳熱，高導熱係數意味著高傳熱。 熱傳遞率的量測組織為瓦特/米/攝氏度（W/M°C）。

熱膨脹係數（CTE）：熱膨脹係數或CTE是PCB資料在加熱時的膨脹率。 熱膨脹係數以每加熱攝氏度百萬分之一（ppm）表示。 當資料溫度升高到T g以上時，熱膨脹係數也升高。 基板的熱膨脹係數通常遠高於銅的熱膨脹係數，這在PCB加熱時會導致互連問題。

電力特性：

介電常數（E r或D k）：考慮資料的介電常數對於考慮信號完整性和阻抗非常重要，這是高頻電力效能的關鍵因素。 大多數PCB資料的Er在2.5到4.5之間。

資料表中的值僅對資料中特定（通常為50%）樹脂含量百分比有效。 芯材或預浸料中樹脂的實際百分比因成分而异，囙此D k會有所不同。 擠壓預浸料的銅百分比和厚度最終將决定介質高度。 介電常數通常隨頻率的新增而降低。

損耗角正切（tanÎ'）或損耗因數（D f）：損耗角正切或損耗因數是電介質中電阻電流和無功電流之間相角的正切。 介電損耗隨著D f值的新增而新增。 D f的低值導致“快”基板，而大值導致“慢”基板。 D f隨頻率略有新增； 對於D f值非常低的高頻資料，其隨頻率的變化非常小。 數值範圍為0.001至0.030。

正常速度和損耗：正常速度資料是最常見的PCB資料-FR-4系列。 它們的介電常數（dk）和頻率回應不是很平坦，並且具有較高的介電損耗。 囙此，其適用性僅限於少數GHz數位/類比應用。 這種資料的一個例子是Isola 370HR。

中速和損耗：中速資料的D k與頻率回應曲線更平坦，介電損耗約為正常速度資料的一半。 這些適用於高達10GHz的頻率。 Nelco N7000-2 HT就是這種資料的一個例子。

高速低損耗：這些資料還具有更平坦的D k和頻率回應曲線以及低介電損耗。 與其他資料相比，它們產生的有害電雜訊也更少。 這種資料的一個例子是Isola I-Speed。

超高速和極低損耗（射頻/微波）：用於射頻/微波應用的資料具有最平坦的D k和頻率回應，以及最小的介電損耗。 它們適用於高達20GHz的應用。 這種資料的一個例子是Isola I-Tera MT40和速子100G。

訊號損耗和工作頻率

PCB資料會影響高頻電路的信號完整性。 您可以通過選擇正確的PCB基板和銅箔來最小化電路板上的衰减。 說到PCB中的訊號損失，這兩種資料起著非常重要的作用。 訊號損耗包括介質損耗和銅損耗。

介質損耗

介電材料由極化分子組成。 這些分子在訊號軌跡上時變訊號產生的電場中振動。 這會加熱電介質並導致訊號損耗中的電介質損耗部分。 該訊號損失隨著頻率的新增而新增。 使用損耗因數較低的資料可以最大限度地减少訊號損耗。 頻率越高，任何給定資料的損耗越大。 這是由於不斷變化的電磁場導致介電材料中的分子振動。 分子振動越快，損失越大。

銅損耗

銅損耗基本上與流經導體的電流有關。 電子可能並不總是流經導體的中心。 如果銅跡線由鎳完成，則大部分電流可能會流過鎳層。 隨著頻率的新增，趨膚效應損失將變得更大。 這可以通過新增軌跡的寬度來補償，從而產生更大的表面積。 較寬的痕迹總是具有較低的趨膚效應損失。 銅箔電介質齒介面的輪廓新增了有效長度，從而新增了銅損耗。 通常建議使用薄銅或極薄銅。

為了更好地選擇PCB資料，下錶根據訊號損耗特性將基本資料分為不同類別。

PCB資料選擇：電力和製造注意事項

10 GHz損耗正切的PCB資料類別比較

在左邊，我們有像FR-4這樣的資料。 這些是標準且易於加工的日常資料，可用於任何應用。 但它們也是損耗最大的層壓板。 它還可能存在大量其他電力和機械問題。 諸如Isola I-speed、Isola Astra和速子等資料在高頻下表現出低損耗。

銅箔選擇

以下是我們在選擇銅箔時需要考慮的幾個特點：

銅厚度：典型厚度範圍為0.25盎司（0.3密耳）至5盎司（7密耳）。

銅純度：指銅箔中銅的百分比。 電子級銅箔的純度約為99.7%。

銅介質介面輪廓：薄型在高頻下具有低訊號銅損耗。

銅箔類型

電鍍銅：這種銅具有垂直的晶粒結構和更粗糙的表面。 電鍍銅通常用於剛性PCB。

壓延銅：一種通過在重型輥之間加工而成的非常薄的銅，廣泛用於柔性PCB的生產。 壓延銅具有水准紋理結構和更平滑的表面，這使其成為硬柔性和柔性PCB的理想選擇。

PCB資料選擇的最佳實踐

熱膨脹匹配係數：熱膨脹匹配係數是基板最關鍵的熱特性。 如果基板的組件具有不同的熱膨脹係數，則它們可能在製造過程中以不同的速率膨脹。

選擇緊湊的基礎結構：緊湊的基礎結構中的D k分佈將是均勻的。

避免在高頻應用中使用FR（阻燃劑）4：這是因為其介電損耗高，D k與頻率回應曲線更陡。 （對於低於1 GHz的頻率）。

使用吸濕性較低的資料：吸濕性是指PCB資料（在本例中為銅）在浸入水中時抵抗吸水的能力。 根據標準測試方法，在受控條件下，由於吸水，PCB資料的重量新增百分比。 大多數資料的吸濕值在0.01%到0.20%之間。

Always use CAF-resistant 材料: Conductive anode filament (CAF) is a metal filament formed by an electrochemical migration process that is known to cause PCB故障. 使用抗CAF資料是防止CAF形成和失效的最有效方法之一.