电路板设计中要考虑的PCB材料特性

在现代电子设备的制造中，电路板（PCB）是至关重要的组成部分。PCB的设计涉及到许多因素，其中PCB材料特性是决定电路板性能和可靠性的重要因素之一。不同的PCB材料在热、机械和电气方面表现出不同的行为，而正确选择和应用这些材料可以最大程度地优化电路板的性能。 在电子产品使用的PCB，基本都是由铜箔和有机材料组成的，如下图所示：

重要的PCB材料特性

1. 电气性能

电气性能是决定电路板信号传输和性能的关键因素之一。在PCB材料中，介电常数是一个重要的电气特性。介电常数影响信号的传播速度和损耗，特别是在高速/高频PCB设计中。介电常数随着频率的变化而变化，导致信号的色散和损耗。设计人员在选择PCB材料时，应特别关注介电常数的频率依赖性，以确保在高频应用中获得准确的信号传输。

2. 结构特性

PCB的结构特性会影响电路板的机械、热学和电气性能。其中两个关键方面是玻璃编织风格和铜导体粗糙度。

玻璃编织风格

玻璃编织风格在PCB基板上留下缝隙，影响基板的介电常数和机械性能。玻璃编织风格中的间隙会引起所谓的纤维编织效应，导致介电常数的变化和信号损耗。这在高频应用中尤为明显，可能影响信号的稳定性和传输质量。

铜导体粗糙度

铜导体的表面粗糙度影响电路板的电阻抗和信号传输。较粗糙的导体表面会增加高频信号传输时的损耗，降低信号质量。设计人员应该选择合适的导体制造方法和材料，以确保导体表面的平滑度和电气性能。

3. 热性能

PCB的热性能对于电子设备的散热和稳定性至关重要。在选择PCB材料时，热导率和比热是两个重要的考虑因素。

热导率和比热

热导率表示了热量在材料中传递的能力，而比热表示了材料温度变化所需的热量。这两个参数共同影响电路板的热传导和温度分布。对于需要高效散热的应用，应选择具有较高热导率的PCB材料，以确保热量能够有效地从电路板散发出去。

玻璃化转变温度和热膨胀系数（CTE）

玻璃化转变温度和热膨胀系数是决定PCB材料在热变化下性能的重要指标。玻璃化转变温度是材料从玻璃态转变为橡胶态的温度，影响材料的机械性能和稳定性。热膨胀系数表示材料在温度变化下体积的变化程度，影响PCB在热循环中的可靠性和稳定性。设计人员应选择具有适当玻璃化转变温度和热膨胀系数的PCB材料，以适应预期的工作温度范围和热循环环境。

Tg指标

（1）一般Tg的板材：130℃~150℃，如KB-6164F（140℃）、S1141（140℃）；
（2）中等Tg的板材：150℃~170℃，如KB-6165F（150℃）、S1141 150（150℃）；
（3）高等Tg的板材：170℃及以上，如KB-6167F（170℃）、S1170 （170℃）。

结论

在电路板设计中，正确选择和应用PCB材料是确保电路板性能和可靠性的关键。不同的PCB材料具有不同的电气、结构、机械和热性能，设计人员应根据应用需求仔细评估这些特性。通过考虑介电常数、结构特性和热性能等关键因素，设计人员可以制定出更稳定、高效的电子设备，满足不同应用的需求。

常见问题解答

Q1: 为什么介电常数对PCB设计重要？

A: 介电常数影响信号传播速度和损耗，对于高速/高频PCB设计非常关键。

Q2: 玻璃化转变温度是什么？

A: 玻璃化转变温度是材料从玻璃态转变为橡胶态的温度，影响材料的机械性能和稳定性。

Q3: 铜导体粗糙度对信号传输有何影响？

A: 铜导体粗糙度会增加信号传输时的损耗，降低信号质量。

Q4: 为什么热导率重要？

A: 热导率影响电路板的散热性能，对于高功率应用非常关键。

Q5: 如何选择合适的PCB材料？

A: 根据应用需求评估电气、结构、机械和热性能，选择最适合的PCB材料以优化性能和可靠性。

1、我们经常选择的FR-4不是一种材料的名称

我们经常指的“FR-4”是一种耐燃材料等级的代号， 它所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称 ，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。

比如说我们家现在做的FR-4水绿玻纤板 黑色玻纤板，他都具有耐高温、绝缘、阻燃等功能。 所以大家在选择材料的时候一定要搞清楚自己需要的材料要达到什么特点。这样就好选购到自己所需的产品。

印刷电路板基材主要有二大类：有机类基板材料和无机类基板材料，使用最多的是有机类基板材料。层数不同使用的 PCB 基材也不同，比如 3～4 层板要用预制复合材料，双面板则大多使用玻璃－环氧树脂材料。