PCB 材料选择指南
电子产品中最重要的部分是印刷电路板（PCB）。此外，PCB 也指印刷线路板或印刷线路卡，它们本质上是同一种东西。由于这些电路板在从计算机到计算器等各种设备中都扮演着至关重要的角色，因此在选择 PCB 板材料时，必须谨慎并充分了解特定设备的电气需求。
在印刷电路板（PCB）出现之前，电路板材料上大多覆盖着错综复杂、相互交叠的导线，这些导线很容易在某些连接点发生故障。随着时间的推移，某些导线出现裂纹，也可能导致短路。可想而知，早期电路板的布线过程既繁琐又费力。
随着越来越多的日常电子元件开始依赖电路板，人们竞相开发更简单、更紧凑的替代方案，这最终促成了印刷电路板（PCB）的诞生。借助PCB材料，电路可以在各种不同的元件之间进行布线。用于在电路板和任何连接的元件之间传输电流的金属被称为焊料，它还具有粘合性能，兼具其他功能。
PCB材料成分
印刷电路板 (PCB) 通常由四层组成，通过热压工艺层压在一起形成单层结构。PCB 所用材料从上到下依次为以下几层：
• 丝网印刷
• 阻焊层
• 铜
• 基质
最后一层是基板，由玻璃纤维制成，也称为 FR4，其中 FR 代表“阻燃”。该基板层为 PCB 提供坚实的基础，但其厚度会根据特定电路板的用途而有所不同。
市面上也存在一些价格更低的电路板，它们不使用上述相同的PCB材料，而是采用酚醛树脂或环氧树脂。由于这些电路板对热敏感，因此容易出现层压脱落的情况。这些廉价电路板通常很容易辨认，因为它们在焊接时会散发出一种气味。
印刷电路板的第二层是铜层，它通过热熔胶和粘合剂的混合物层压到基板上。铜层很薄，有些电路板上有两层铜层——一层在基板上方，一层在基板下方。只有一层铜层的印刷电路板通常用于价格较低的电子设备。
广泛使用的覆铜板（CCL）可根据不同的分类标准分为不同的类别，包括增强材料、使用的树脂粘合剂、可燃性、CCL 性能。
绿色阻焊层上方是丝印层，它添加了字母和数字标识，使PCB板对技术程序员来说易于读取。这反过来又方便电子装配人员将每块PCB板放置在每个元件的正确位置和方向。丝印层通常为白色，但有时也会使用红色、黄色、灰色和黑色等颜色。
PCB层技术术语
除了了解PCB的层叠结构外，了解以下与PCB使用相关的技术术语也很重要：
• 环形铜环。指PCB板上围绕孔洞的铜环。
DRC，即设计规则检查的缩写。本质上，DRC 是一种检查 PCB 设计功能性的方法。检查的细节包括走线宽度和钻孔位置。
• 钻孔位置。用于描述PCB板上的所有孔，无论位置是否正确。在某些情况下，由于生产过程中使用的钻孔设备不够钝，孔的位置可能会略有偏差。
• 指状焊盘。指电路板边缘裸露的金属部分，用于连接两块PCB板。指状焊盘常见于老式电子游戏机和记忆卡上。
• 过度钻孔。电路板上过度钻孔的区域，已经威胁到印刷电路板的结构完整性。
• 焊盘。PCB 上裸露的金属区域，通常将焊接件焊接在其上。
• 面板。一种大型电路板，由多个小型电路板组成，这些小型电路板最终会被拆解出来单独使用。这种做法是为了避免操作人员在处理小型电路板时遇到的困难。
• 焊膏模板。一种金属板，上面贴有焊膏，用于焊接。
• 平面。PCB 上较大面积的裸露铜箔，有边界标记但没有路径。
• 镀通孔。指直接贯穿PCB板的孔，通常用于连接其他元件。该孔表面镀有金属层，通常带有一个环形圈。
• 槽。指任何非圆形的孔。由于在电路板上制造异形孔会增加生产成本，带有槽的印刷电路板通常价格较高。槽通常不进行镀层处理。
• 表面贴装。一种无需使用通孔即可将外部元件直接安装到电路板上的方法。
• 铜线。指印刷电路板上连续的铜线。
• V形切口。电路板上部分切割过的地方。这会使PCB板容易断裂。
• 过孔。过孔是信号在层间传输的孔洞。过孔分为带阻焊层和不带阻焊层两种。带阻焊层过孔表面覆盖有保护性阻焊层，而不带阻焊层的过孔则用于连接器连接。
层号前面的数字表示导电层的具体数量，包括布线层和平面层——这两种层类型。层号通常为 1，或者接下来的四个偶数：2、4、6、8。层数有时也会是奇数，但这种情况很少见，而且几乎不会造成任何影响。例如，5 层板和 6 层板的 PCB 材料几乎完全相同。
这两种层类型功能不同。布线层包含走线。平面层用作电源连接器，并包含铜平面。平面层还包含信号岛，这些信号岛决定了电路板的信号用途，例如 3.3V 或 5V。
FR4是玻璃纤维增强环氧树脂层压板的代号。由于其强度高，且具有耐湿和防火性能，FR4是最常用的PCB材料之一。
其他PCB设计注意事项
1.6 毫米等数值用于表示层板的厚度。在四层板中，1.6 毫米是标准厚度。选择设备用板时，厚度是一个需要考虑的重要因素。例如，较厚的板在需要支撑较重的连接件时能提供更强的支撑力。
平面层铜箔的标准厚度为 35 微米。铜箔厚度有时也以盎司或克表示。对于需要支持多种应用的电路板，最好采用比常规厚度更高的铜箔。
轨道并非设计用于传输电力，但有时当信号无法正确处理频率时，电力传输就会发生。如果这个问题得不到解决，轨道最终可能会损失大量电力。为了尽可能多地将电力从轨道的一侧传输到另一侧，轨道的布局必须符合传输方程。
一般来说，对于采用铜箔FR4 PCB材料的多层板，在信号传输时间为1纳秒的情况下，两英寸是合适的走线间距。但是，对于较长的走线，尤其是在信号完整性至关重要的情况下，必须考虑传输线的影响。互联网上有许多程序和电子表格可以帮助用户针对特定多层板进行正确的阻抗计算。
大多数电路板上的过孔都是空的，通常可以直接看到里面的东西。然而，在某些情况下，过孔是可以填充的。首先，为了形成防止灰尘和其他杂质进入的保护屏障，过孔必须填充。其次，填充过孔可以提高电流承载能力，在这种情况下，可以使用导电材料。填充过孔的另一个原因是使电路板平整。
过孔通常填充球栅阵列 (BGA) 元件。如果 BGA 引脚与内层接触，焊料可能会穿过过孔渗漏到其他层。因此，填充过孔可以确保焊料不会泄漏到其他层，从而保证接触的完整性。
电路板上最棘手的问题之一是触点断续续地接触。这种情况越频繁，电路板的相应部分就越容易彻底损坏。普通家用电子产品用户经常会遇到这个问题，比如计算器上的某个按钮失灵。每个按钮都对应着电路板上的特定区域，当某个区域出现故障时，与该区域对应的按钮就无法发送信号。
另一种可能导致某些触点磨损的情况是，在主板上安装第二个扩展卡插槽时。如果操作不当，卡上的某个触点可能会损坏，导致其无法正常工作。保护电路板上相互接触的表面最好的方法是使用金层，金层可以起到延长使用寿命的作用。然而，金的成本可能很高，而且在卡槽上使用金层会增加PCB制造过程中的一个步骤。
PCB阻焊层
提到主板，人们最熟悉的颜色是绿色，也就是阻焊层的颜色。虽然不太常见，但阻焊层有时也会以其他颜色出现，例如红色或蓝色。阻焊层也称为 LPISM，即液态光成像阻焊层。阻焊层的作用是防止液态焊料泄漏。近年来，由于缺乏阻焊层，这种情况变得越来越普遍。然而，大多数用户仍然更喜欢带有阻焊层的主板。
在PCB上涂覆阻焊层后，PCB会接触到熔融焊料。在此过程中，裸露的铜表面会被焊化。这便是热风整平（HASL）工艺的一部分。在焊接SMD芯片时，电路板会被加热到焊料熔化的温度，然后将元件放置在正确的位置。随着焊料干燥，元件也会被焊化。HASL工艺通常使用含铅焊料，但也存在无铅焊料可供选择。
走线宽度的间距用短横线表示。例如，当您看到 6/6 mils 时，表示最小走线宽度和最小走线间距均为 6 mils。因此，电路板上的所有间距都应等于或大于 6 mils。对于不熟悉 mils 单位的人来说，mils 用于确定 PCB 材料上的距离。对于设计用于处理高电流的电路板而言，宽度和间距尤为重要。
当PCB板为多层板时，无法通过目视检查各条线路是否可触及。因此，需要进行一项测试，即在线路末端放置探针，以验证所有信号是否可触及。该测试通过从一端施加电压进行。如果从另一端检测到这些电压，则认为线路工作正常。虽然对于只有一层或两层的电路板来说，这项测试并非总是必要的，但如果您非常注重质量，仍然建议进行此项测试。
连接内外层的过孔称为盲孔。之所以称为盲孔，是因为这种过孔只能从一侧看到。连接两层或多层内层的过孔称为埋孔，这种过孔从外部两侧都看不到。在包含盲孔和埋孔的电路板上，通常会使用过孔填充。这可以增强外表面的安全性，并有助于降低焊料渗漏并穿透内层过孔的可能性。
影响成本的材料选择
通常情况下，PCB的成本会因包含诸如金箔片、盲孔或埋孔、以及过孔填充等特性而增加。同样，线宽/线间距小于6 mil的PCB成本也往往更高。造成价格上涨的原因在于，生产特殊PCB板需要采用不同的工艺流程。同样地，某些PCB生产如果采用低线宽/线间距或内孔设计，则利润或成功率会大幅降低，而更高的价格正是为了弥补这些损失。虽然有些制造商可以生产线宽/线间距低至3 mil的PCB，但除非是特定元件的唯一选择，否则通常不建议这样做。
功率和散热对PCB材料选择的影响
影响印刷电路板 (PCB) 的因素有很多，其中功率和热量是两个最重要的因素。因此，确定功率和热量的阈值至关重要，这可以通过评估 PCB 的热导率来实现。热导率定义了功率如何通过材料的长度转化为温度。然而，目前行业内尚无统一的热导率标准值。
例如，罗杰斯公司（Rogers Corp.）生产一种名为RT/duroid 5880的PCB材料，该材料常用于电子战和通信领域。这种材料的介电常数较低，因为它是一种含有微纤维玻璃元件的复合材料。这些微纤维的作用是增强材料中纤维的强度。
由于其介电常数低，这种PCB非常适合高频应用。然而，由于该材料的导热性低，它很容易发热，这在对热量要求较高的应用中可能是一个巨大的缺点。
PCB材料及行业应用
在军事、航空航天、汽车和医疗等行业，印刷电路板（PCB）有单面和双面两种类型，其中一些采用覆铜，另一些则采用覆铝。在每个行业中，材料的选择都旨在实现特定领域的最佳性能。因此，在某些行业中，选择PCB材料时注重其轻量化特性，而在另一些行业中，则注重其高功率承受能力。因此，在考虑性能时，选择PCB材料时必须明确哪些功能需要相互比较，因为材料的性能水平与性能水平密切相关。
柔性板和刚柔结合板
近年来，柔性电路板和刚柔结合电路板因其在各种应用领域中的灵活性而日益普及。它们可以弯曲、折叠，甚至包裹在物体表面，因此能够实现平面电路板无法实现的应用。例如，柔性电路板可用于需要电路板以一定角度折叠，且无需连接面板即可将电流从一端传输到另一端的设备。
市面上大多数柔性板材都采用Kapton材料，这是一种由杜邦公司研发的聚酰亚胺薄膜。该薄膜具有耐热、尺寸一致性好、介电常数仅为3.6等优点。
Kapton 有三种 Pyralux 版本：
• 阻燃剂 (FR)
• 非阻燃剂 (NFR)
• 无粘合剂/高性能（AP）
选择PCB板材料——质量第一
在选择PCB板材料时，无论用于家用电子产品还是工业设备，质量都是任何类型电路板制造中至关重要的因素。包含印刷电路板的组件可能尺寸大小、价格高低，但最重要的是，该产品在其预期使用寿命内能够提供卓越的性能。
虽然电路板上会用到多种类型的PCB材料，但消费者和企业最终追求的还是电路板产品的可靠性。当然，PCB板材料的强度也至关重要，即使元件意外掉落或侧向碰撞，也能保证其完整性。
例如，在计算机设备上，耐用的印刷电路板 (PCB) 可确保硬件升级不会损坏原有的 PCB 板材料。这同样适用于依赖 PCB 技术保持正常工作的电子设备、微波炉和其他家用电器。即使在自动取款机 (ATM) 等公共电子设施中，PCB 也必须可靠运行，才能确保按钮正常工作，指令能够及时被识别。
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