目前最常用的板材类型那肯定是FR4,那什么是FR4?今天就来先了解下FR4.
FR4是以环氧树脂作为粘合剂,玻纤布作为增强材料的一种,也就是说只要用这种体系的材料都可以叫做FR4,所以FR4是这种树脂体系的统称。
FR4具有电绝缘稳定性很高、平整度好、表面十分光滑、无凹凸、厚度公差标准等特点。
一般称为:FR-4 Epoxy Glass Cloth、绝缘板、环氧板、环氧树脂板、溴化环氧树脂板、FR-4、玻璃纤维板、玻纤板、FR-4补强板、FPC补强板、柔性线环氧树脂板、阻燃绝缘板、FR-4积层板、FR-4光板、FR-4玻纤板、环氧玻璃布板、环氧玻璃布层压板、线路板钻孔垫板。
如:106、1067、1080、1078、2116、2113、3313、7628等,这些事常用玻璃布的类型。并还有其他的,每种玻璃布在IPC规范中都有定义,所以不同厂家使用的同种玻璃布型号大多数都是大同小异的。
如:E玻璃(E-glass),E代表electrical,是电绝缘玻璃,一种钙铝硅酸盐玻璃,其碱金属氧化物含量很少(一般小于1%),所以又叫无碱玻璃,具有高电阻率。E玻璃现在已经成为玻璃纤维的最常用成分,很多材料如果没有特别指定的话一般都是用的这种。
NE玻璃,又叫low-DK玻璃,是日本日东纺织株式会社研发的低介电纤维玻璃,其介电常数(1MHz)为4.6(E玻璃为6.6),损耗因子(1MHz)为0.0007(E玻璃为0.0012),常见的使用NE玻璃的材料如M7NE、IT968SE、IT988GSE等。
印制电路板基材主要由三部分所组成:树脂、增强材料、导电铜箔。但是每种成分的变化会产生很多种组合,市场上印制电路板基材种类非常之多。随着欧盟限制使用有毒害物质指令(RoHS)的出台及无铅焊接工艺的出现,基材的选择慢慢的变复杂。
基材选择时着重关注电气性能、成本、可生产性。树脂种类非常之多,如:环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯醚等。
常规玻纤布DK值约为6.0左右,树脂DK值约为3.0左右;由于单板上DK值不均匀,将引起以下问题:
1)阻抗一致性差:单板上不同位置阻抗差异,研究表明对于50欧姆的单端阻抗线)阻抗波动:同一阻抗线,由于不同位置介电常数不均匀,使得TDR曲线出现波动,影响信号传输质量。研究表明,对于50欧姆的单端阻抗线,径向会导致阻抗产生约3欧姆左右差异,纬向会导致阻抗产生约2.5欧姆左右差异。
3)信号延时不一致:信号传输速度与介电常数平方根成反比。介质不均匀使得两根差分信号产生不同信号延时,导致信号偏斜失线)采用扁平玻纤布或NE玻纤布:扁平玻纤布技术是指在生产的全部过程中,对电子玻纤布进行扁平化处理,提高其表面积。同时玻纤布扁平化处理后,表面相对平整,经纬之间的空隙更小,是印制电路板中玻纤与树脂相对均匀;常规E玻纤布DK为6.0,NE玻纤布DK为4.8,更接近树脂的DK。
印制电路板的铜箔主要由三种:压延铜箔(RA)、电解铜箔(ED)、铍铜;电解铜箔是采用电镀方式形成,铜微粒结晶状态为垂直针状,易在蚀刻时形成垂直的线条边缘,有利于精细线路的制作,但在弯曲半径小于5mm或者动态绕曲时,针状结构易发生断裂,因此常用于刚性板和一次性绕曲产品上;而压延铜箔采用压力压碾而成,铜微粒呈水平轴状结构,因此压延铜箔板材虽贵,但绕曲性能好;铍铜的绕曲性最好,但很少使用,多为客户提供。
铜箔厚度的选择主要根据导体的载流量和允许的环境工作时候的温度。常规下,电流要求越大,设计线宽越宽,铜厚越厚。印制电路板铜箔厚度指成品厚度,图纸上应该明确标注为成品厚度。
由于趋肤效应,传输线多在导体表面传输,频率越高趋肤深度越小;传输信号的导体截面积变小,电阻增加导致导体损耗变大。不同频率下趋肤深度见下表。
当信号仅在“粗糙度”范围内传输时,相对于光滑导体而言,信号路径变长、损耗增加,信号在粗糙面上传输时,会产生严重“驻波”和“反射”等问题。
使用低粗糙度铜箔,如:RTF 、VLP、 HVLP等,可降低信号损耗。基材选用时,除了基材本身外,高速板材选用低粗糙度铜箔。
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