PCB板材的基础知识
1、覆铜板又称PCB基材。
(1)将增强材料(玻璃纤维布,简称玻纤布)浸以树脂(pp片),一面或两面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料,称为覆铜箔层压板(Copper Clad Laminates,CCL)。
(2)它是做PCB的基本材料,我们常叫它板材。
(3)当它用于多层板生产时,也叫芯板(CORE)。
2、铜箔
(1)铜箔厚度是以oz(盎司)为单位的,oz本身是质量单位,通常铜箔厚度用质量当成“厚度”表示值,铜箔的厚度通常用“oz”,1oz铜厚的定义:将一盎司铜均匀平铺到一平方英尺面积上,此时铜箔的厚度就称为1oz铜厚,其厚度正好是1.37mil(约1.4mil)。
(2)铜箔的标准厚度有12μm(1/3oz)、18μm(Hoz)、35μm(1oz)和70μm(2oz)。
3、半固化片(prepreg或pp)的工艺原理
pp是经过处理的玻纤布浸渍上树脂胶液,再经过热处理(预烘)使树脂进入B阶段而制成的薄片材料。而压板的工艺原理是利用半固化片从B-stage向C-stage的转换过程,将各线路层黏结成一体。半固化片在这一过程中转换过程的状态变化如下图所示。
A阶段:在室温下能够完全流动的液态树脂,这是玻纤布浸胶时的状态,液态的环氧树脂又称为凡立水(Varnish)。
B阶段:环氧树脂部分交联处于半固化状态,在加热条件下,又能恢复到液体状态(部分聚合反应,成为固体胶片,是半固化片pp)。
C阶段:树脂全部交联为C阶段,在加热、加压下会软化,但不能再成为液态,这是多层板压制后半固化片转成的最终状态(在压板过程中,半固化片经过高温熔化为液体,然后发生高分子聚合反应。
图1 状态变化
- 基材常见的性能指标
(1)DK:材料的介电常数,只有降低DK才能获得高的信号传播速度。
(2)Df:材料的介质损耗角,越低信号传播损失越少。
注意,DK主要与信号网络的阻抗有关,还与平板间电容有关,Df主要与信号网络的损耗有关。影响DK的因素有:
树脂(环氧树脂的DK在3~4之间);
玻璃纤维布(DK在6~7之间);
树脂含量(RC值)。
(3)Tg:class transition temperature,也就是玻璃态转化温度(对过孔的影响最大),玻璃态转化温度是聚合物的特性,是指树脂从硬(玻璃态)到软(橡胶态)的形态变化的温度。
目前FR-4板的Tg值一般为130~140,而在印制板制成中,有几个工序的问题会超过此范围,对制品的加工效果及最终状态会产生一定的影响。因此,提高Tg是提升FR-4耐热性的一个主要方法。Tg分类如下。
普通Tg板材:130~140℃。
中Tg板材:140~150℃。
高Tg板材:大于170℃(8层以上的PCB板必须用高Tg板材)。
(4)CAF:Conductive Anodic Filament的缩写,称为耐离子迁移。
为什么会提出耐离子迁移性?
随着电子工业的飞速发展,电子产品轻、薄、短、小型化,PCB的孔间距和线间距就会变得越来越小,线路也越来越细密,这样PCB的耐离子迁移性能就变得越来越重要。
随着电子产品的多功能化与轻、薄、小型化,使得线路板与孔越来越密、绝缘距离更加短,这对绝缘基材的绝缘性能要求更高。特别是在潮湿的环境下,由于基材的吸潮性,玻璃与树脂界面结合为最薄弱点,基材中可水解的游离离子缓慢聚集,这些离子在电场的作用下在电极间移动而次年改成导电通道,如果电极间距离越小,形成通道时间越短,基材绝缘破坏越快。
- pp压合厚度的计算说明
(1)厚度=单张pp理论厚度-填胶损失
(2)填胶损失=(1-A面内层铜箔残铜率)×内层铜箔厚度+(1-B面内层铜箔残铜率)×内层铜箔厚度
(3)内层残铜率=内层走线面积/整板面积
如图2所示两个内层的残铜率见表8-1。其中,sq/in是面积单位,平方英尺
图2 两个内层
表1 两个内层的残铜率
6、多层板压合后理论厚度计算说明
层叠结构如图3所示,说明如下。
图3 层叠结构
(1)半盎司铜厚=0.7mil。
(2)pp压合厚度=100%残铜压合厚度-内层铜箔(1-残铜率)。
3)内层CORE要确认内层芯板厚度是含铜厚还是不含铜厚,若不含铜厚则要算上内层铜箔的厚度。
(4)pp压合厚度=100%残铜压合厚度-内层铜箔(1-残铜率)。
(5)半盎司铜厚=0.7mil。
图8-3所示压合结构为39.4mil(含铜厚),外层铜厚为半盎司,pp为用7628 RC50%,厂商提供该种pp100%残铜压合厚度为4.5mil。
从已知条件可以得出以下结论。
(1)外层铜厚为半盎司:即Hoz=0.7mil,外层有两层即1.4mil。
(2)所用芯板为39.4mil(含铜厚):即芯板厚度为39.4mil(因为内层铜厚已包含在39.4mil中,故内层铜箔厚度不用再计算)。
(3)假设一内层铜面积为80%,即内层残铜率为80%,另一层铜面积为70%。
(4)内层为1盎司铜厚,即1.38mil。
pp压合厚度=4.5-1.38×(1-80%)=4.5-1.38×0.2=4.5-0.276=4.224
pp压合厚度=4.5-1.38×(1-70%)=4.5-1.38×0.3=4.5-0.414=4.086
则
压合后的厚度=0.7+4.224+39.4+4.086+0.7=49.11mil=1.25mm
假设39.4mil是不含铜厚的芯板,则要将两层内层的铜厚加入压合厚度中,则
压合后的厚度=0.7+4.224+1.38+39.4+1.38+4.086=51.87mil=1.32m
如下8层板加工实例: