电子产品设计开发关于PCB电路板基材的选择

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.gycsjx.com

电子产品设计开发关于PCB电路板基材的选择

电路板是电子产品的核心部件,PCB电路板类型与尺寸的选取通常应根据所设计的电子产品电路原理图和所用元器件的尺寸、体积、数量、相互间的影响以及经济因素来确定。PCB电路板的尺寸要适中,尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,不仅抗噪声能力下降,体积也大,且耐振动、冲击能力低,成本也高,不利于实现设备的短、小、轻、薄;尺寸过小,组装密度过高,则散热不好,同时易受邻近线条干扰,所以在电子产品设计中选择PCB电路板的类型和尺寸时要综合考虑。

印制电路板用的制造材料,已由抗热冲击性差、加工性能不好、价格高的环氧玻璃布敷铜板,转向玻璃聚酰亚胺及介电常数为 2.3~3.5、耐热性能特殊的凯普勒材料(一种工程塑料)。目前,10 层以上的PCB电路板都采用玻璃聚酰亚胺材料。 

一般来说,印制电路板基材种类繁多,基材的选取主要取决于电路板的使用要求。选用印制电路板基材亦受到电路板组装条件、安装元器件的封装形式、元器件的尺寸大小、元器件引脚数及引脚间距等因素的影响。

PCB线路板常用基材及其主要特点
材料类型 主要特点
环氧-玻璃纤维材料 基板尺寸可选择范围宽,重量轻,可加工性好,介电性能好,可返工性好。X、Y、Z轴三个方向热膨胀系数较大,导热性能较差。
聚酰亚胺-玻璃纤维材料 基板尺寸可选择范围宽,重量轻,可加工性能好,介电性能好,可返工性好。X、Y 轴方向热膨胀系数较小,Z 轴方向热膨胀系数较大,导热性能差,有吸水性。
环氧-芳族聚酰胺纤维材料 基板尺寸可选择范围宽,重量轻,介电性能好,可返工性好。X、Y轴方向热膨胀系数较小,导热性差,树脂有微裂纹,Z轴方向热膨胀系数较大,导热性能差,有吸水性。
聚酰亚胺-芳族聚酰胺纤维材料 同上
陶瓷材料 导热性好,热膨胀系数小,可采用传统的厚膜或薄膜工艺,可集成电阻。基板尺寸较小,较难加工,成本较高,易碎,介电常数大。
聚酰亚胺-石英材料 基板尺寸可选择范围宽,重量轻,介电性能好,可返工性好。X、Y 轴方向热膨胀系数较小,导热性差,Z轴方向热膨胀系数较大,不易钻孔,价格高,树脂含量低。
玻璃纤维-芳族复合纤维材料 无表面裂纹,Z轴方向热膨胀系数较小,重量轻,介电性能好,可返工性好,导热性差,X、Y轴方向热膨胀系数较大,有吸水性,保留处理溶液。
玻璃纤维-聚四氟乙烯层压材料 介电性能好,可允许工作温度高,低温下的稳定性能较差,X、Y 轴方向热膨胀系数较大。
挠性介电材料 重量轻,热膨胀系数小,结构上有柔性。尺寸大小受限。

应用于高压电路的要选择高压绝缘性能良好的印制电路板基板;应用于高频电路的要选择高频损耗小的印制电路板基板;应用于工业环境的电路要选择性能稳定,参数分散性小的印制电路板基板;应用于潮湿环境的电路要选择耐湿性能良好,漏电小的印制电路板基板;应用于低频、低压电路及民用电路的要选择经济性好的印制电路板基板。 

PCB电路板基板材料的物理特性
特性 X、Y热膨胀系数E/10-4·℃-1 导热率λ/W·m-1·℃-1 X、Y扩张模量E/10-6N·cm-2 介电常数ε(1MHz) 体电阻率ρ/Ω·cm-3 表面电阻率ρ/Ω·cm-2
环氧-玻璃纤维材料 13~18 0.16 1.7 4.8 1012 1013
聚酰亚胺-玻璃纤维材料 6·8 0.35 1.9 4.4 1014 1015
环氧-芳族聚 酰胺纤维 材料 - 0.12 3.0 4.1 1016 1016
聚酰亚胺-芳族聚酰胺纤维材料 3·7 0.15 2.7 3.6 1012 1012
聚酰亚胺-石英材料 6·8 0.30 - 4.0 109 108
玻璃纤维-聚四氟乙烯层压材料 20 0.26 0.1 2.3 1010 1011
陶瓷材料(Al2O3) 5·7 44.0 5.5 1014 - -

为了增强PCB电路板的导热能力,应采用导热PCB电路板,目前常用的导热PCB电路板有导热条式、导热板式(又称冷板式)和金属夹芯PCB电路板,其中,导热条(板)可以是实心的也可以是空心的,空心的效果更好。印制电路板的散热能力与许多因素有关,如PCB电路板的材料、导热条(板)的材料、PCB电路板的尺寸以及电子元器件的安装方式和组装密度等。

电子产品设计电路板选择的参考因素
材料性质 热膨胀系数 热传导性 扩张模量 介电常数 体电阻率 表面电阻率
温度与功率循环 * * *      
振动     *      
机械冲击     *      
温度与湿度 *     * * *
功率密度   *        
芯片载体尺寸 *   *      
电路密度       * * *
电路速度       * * *

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作者:电子产品设计


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