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PCB中的介电材料有哪些类型？
来源：本站 时间：2020/03/17
介电材料传导最少的电，并在两个导电铜层之间提供绝缘层。
最常见的介电材料是FR-4，但在为您的电路板选择它之前，您必须仔细考虑其特性。
以下是对任何介电材料要考虑的最重要特性的概述：
1.热性能
2.电气特性
3.化学性质
4.机械性能
热性能
介电材料在PCB中的导电层（此处显示为铜箔）之间提供绝缘。
玻璃化转变温度（Tg）
玻璃化转变温度或Tg是当聚合物链变得更易移动时PCB基板从玻璃态，刚性状态转变为软化可变形状态的温度范围。当材料冷却回来时，其属性恢复到其原始状态。Tg以摄氏度（oC）为单位表示。
分解温度（Td）
分解温度或Td是PCB材料化学分解的温度（材料损失至少5％的质量）。与Tg一样，Td以摄氏度（oC）为单位表示。
材料的Td是组装PCB时的重要上限，因为当材料达到或超过其Td时，其性能的变化是不可逆的。将其与Tg，玻璃化转变温度进行对比，一旦材料冷却至Tg范围以下，其性能将恢复到其原始状态。
选择一种材料，您可以在高于Tg但远低于Td的温度范围内工作。PCB组装期间的大多数焊接温度都在200oC至250oC范围内，因此请确保Td高于此值（幸运的是，大多数材料的Td大于320oC）。
热膨胀系数（CTE）
热膨胀系数（CTE）是PCB材料在加热时的膨胀率。CTE表示为每加热摄氏度的百万分之一（ppm）。
当材料的温度升高超过Tg时，CTE也会升高。
衬底的CTE通常远高于铜，这可能在PCB被加热时引起互连问题。
沿X和Y轴的CTE通常较低 - 每摄氏度约10至20 ppm。这通常归功于在X和Y方向上限制材料的编织玻璃，并且即使材料的温度增加到Tg以上，CTE也没有太大变化。
因此材料必须在Z方向上扩展。沿Z轴的CTE应尽可能低; 目标是每摄氏度低于70 ppm，这将随着材料超过Tg而增加。
材料的膨胀通过热膨胀系数（CTE）来测量。该图像显示了Z方向的CTE。
CTE也可用于通过使用CTE曲线定位材料的Tg。绘制材料的温度与位移，然后找到两条曲线的截距：
导热系数（k）
导热率或k是材料传导热量的特性; 低导热率意味着低传热，而高导热率意味着高传热。传热速率的测量值以瓦/米/摄氏度（W / M-℃）表示。
大多数PCB介电材料的导热系数在0.3到0.6 W / M-oC范围内，与铜相比非常低，其中k为386 W / M-oC。因此，PCB中的铜平面层将比通过介电材料更快地带走更多的热量。
电气特性
介电常数或相对介电常数（Er或Dk）
考虑到材料的介电常数对于信号完整性和阻抗考虑是重要的，这是高频电性能的关键因素。大多数PCB材料的Er在2.5到4.5的范围内。
介电常数随频率而变化，一般随频率的增加而减小; 一些材料的相对介电常数比其他材料的变化小。适用于高频应用的材料是那些介电常数在很宽的频率范围内保持相对相同的材料 - 从几百MHz到几GHz。
介电损耗正切或耗散因数（Tanδ或Df）
材料的损耗角正切可以衡量材料的功率损失。材料的损耗角正切越低，损失的功率越少。大多数PCB材料的Tanδ范围从最常用材料的0.02到非常低损耗的高端材料的0.001。它也随频率而变化，随着频率的增加而增加。
损耗角正切通常不是数字电路的关键考虑因素，除非在1Ghz以上的非常高的频率。然而，它是模拟信号的一个非常重要的参数，因为它决定了信号衰减的程度，从而影响信号走线各个点的信噪比。
体积电阻率（ρ）
体积电阻率或电阻率（ρ）是PCB材料的电阻或绝缘电阻的度量之一。材料的电阻率越高，它就越不容易移动电荷，反之亦然。电阻率以欧姆 - 米（Ω-m）或欧姆 - 厘米（Ω-cm）表示
作为介电绝缘体，PCB材料需要具有非常高的电阻率值，大约10 10 -10 10兆欧 - 厘米。电阻率受水分和温度的影响。
表面电阻率（ρS）
表面电阻率（ρS）是PCB材料表面的电阻或绝缘电阻的量度。与体积电阻率一样，PCB材料需要具有非常高的表面电阻率值，大约为每平方10 10 -10 10兆欧姆。它也受到湿度和温度的影响。
电气强度
电气强度测量PCB材料抵抗PCB Z方向（垂直于PCB平面）的电击穿的能力。它以伏/密耳表示。PCB电介质的典型电气强度值在800V /密耳至1500V /密耳的范围内。
通过使PCB材料在标准AC电源频率下经受短的高压脉冲来确定电气强度。
化学性质
易燃性规格（UL94）
UL94，或设备和器具部件用塑料材料可燃性安全标准测试，是塑料可燃性标准，将塑料从最低（阻燃性最低）到最高（最具阻燃性）分类。
该标准由Underwriters Laboratories（UL）定义。大多数PCB材料符合UL94 V-0标准; 这是它的要求
1.在施加试验火焰后，试样在燃烧时不会燃烧超过10秒。
2.对于每组5个样品，10次火焰应用的总燃烧燃烧时间不得超过50秒。
3.试样可能不会燃烧，燃烧或发光燃烧直至夹持夹。
4.试样可能不会滴出火焰颗粒，这些颗粒会点燃位于试样下方300 mm处的干燥吸收性外科棉。
5.在第二次取出试验火焰后，试样可能没有持续超过30秒的发光燃烧。
吸湿
吸湿性是PCB材料浸入水中时抵抗水分吸收的能力。根据标准测试方法，在受控条件下由于吸水引起的PCB材料重量百分比增加给出。大多数材料的吸湿值在0.01％至0.20％的范围内。
吸湿会影响材料的热性能和电性能，以及当PCB电路通电时材料抵抗导电阳极丝（CAF）形成的能力。
二氯甲烷抗性
二氯甲烷耐受性是衡量材料耐化学性的指标; 具体而言，PCB材料抵抗二氯甲烷吸收的能力。
就像吸湿一样，它表示PCB材料在受控条件下暴露于二氯甲烷或浸泡在二氯甲烷中的重量百分比增加。大多数PCB材料的二氯甲烷电阻值在0.01％至0.20％的范围内。
机械性能
剥离强度
剥离强度是铜导体和介电材料之间的粘合强度的量度。它表示分离角度为180度的粘合材料所需的每线性英寸的力/磅（PLI，或每个导体宽度的平均负载）。
在标准PCB制造工艺之后，对1OZ厚和~32至125毫米宽的铜迹线的样品进行剥离强度测试。它在3个条件下完成：
?热应力后：样品在288oC的焊料上漂浮10秒钟后
?在高温下：将样品暴露在125oC的热空气或流体中
?暴露于工艺化学品后：在样品暴露于化学或热处理过程中的特定系列步骤之后
抗弯强度
弯曲强度是材料承受机械应力而不破裂的能力的量度。它以Kg /平方米或磅/平方英寸（KPSI）表示。
通常通过在其端部支撑PCB并将其装载在中心来测试抗弯强度。IPC-4101是用于刚性和多层印刷电路板的基础材料规范，它提供了各种PCB材料的最小抗弯强度。
杨氏模数
杨氏模量或拉伸模量也测量PCB材料的强度。它测量特定方向上的应力/应变比，并且一些PCB层压板制造商在杨氏模量而不是弯曲强度方面给出强度。与弯曲强度一样，它以单位面积的力表示。
一些PCB层压板制造商给出的PCB材料强度不是在弯曲强度方面，而是在杨氏模量方面，杨氏模量是特定方向上应力/应变比的度量。
密度
PCB材料的密度以克/立方厘米（g / cc）或磅/立方英寸（磅/平方英寸）表示。
分层时间
分层时间可以测量材料在特定温度下抵抗分层的时间 - 树脂与层压板，箔或玻璃纤维的分离。分层可能是由热冲击，材料中的错误Tg，湿气，不良的层压过程引起的。
最常见的介电材料是FR-4，但在为您的电路板选择它之前，您必须仔细考虑其特性。
以下是对任何介电材料要考虑的最重要特性的概述：
1.热性能
2.电气特性
3.化学性质
4.机械性能
热性能
介电材料在PCB中的导电层（此处显示为铜箔）之间提供绝缘。
玻璃化转变温度（Tg）
玻璃化转变温度或Tg是当聚合物链变得更易移动时PCB基板从玻璃态，刚性状态转变为软化可变形状态的温度范围。当材料冷却回来时，其属性恢复到其原始状态。Tg以摄氏度（oC）为单位表示。
分解温度（Td）
分解温度或Td是PCB材料化学分解的温度（材料损失至少5％的质量）。与Tg一样，Td以摄氏度（oC）为单位表示。
材料的Td是组装PCB时的重要上限，因为当材料达到或超过其Td时，其性能的变化是不可逆的。将其与Tg，玻璃化转变温度进行对比，一旦材料冷却至Tg范围以下，其性能将恢复到其原始状态。
选择一种材料，您可以在高于Tg但远低于Td的温度范围内工作。PCB组装期间的大多数焊接温度都在200oC至250oC范围内，因此请确保Td高于此值（幸运的是，大多数材料的Td大于320oC）。
热膨胀系数（CTE）
热膨胀系数（CTE）是PCB材料在加热时的膨胀率。CTE表示为每加热摄氏度的百万分之一（ppm）。
当材料的温度升高超过Tg时，CTE也会升高。
衬底的CTE通常远高于铜，这可能在PCB被加热时引起互连问题。
沿X和Y轴的CTE通常较低 - 每摄氏度约10至20 ppm。这通常归功于在X和Y方向上限制材料的编织玻璃，并且即使材料的温度增加到Tg以上，CTE也没有太大变化。
因此材料必须在Z方向上扩展。沿Z轴的CTE应尽可能低; 目标是每摄氏度低于70 ppm，这将随着材料超过Tg而增加。
材料的膨胀通过热膨胀系数（CTE）来测量。该图像显示了Z方向的CTE。
CTE也可用于通过使用CTE曲线定位材料的Tg。绘制材料的温度与位移，然后找到两条曲线的截距：
导热系数（k）
导热率或k是材料传导热量的特性; 低导热率意味着低传热，而高导热率意味着高传热。传热速率的测量值以瓦/米/摄氏度（W / M-℃）表示。
大多数PCB介电材料的导热系数在0.3到0.6 W / M-oC范围内，与铜相比非常低，其中k为386 W / M-oC。因此，PCB中的铜平面层将比通过介电材料更快地带走更多的热量。
电气特性
介电常数或相对介电常数（Er或Dk）
考虑到材料的介电常数对于信号完整性和阻抗考虑是重要的，这是高频电性能的关键因素。大多数PCB材料的Er在2.5到4.5的范围内。
介电常数随频率而变化，一般随频率的增加而减小; 一些材料的相对介电常数比其他材料的变化小。适用于高频应用的材料是那些介电常数在很宽的频率范围内保持相对相同的材料 - 从几百MHz到几GHz。
介电损耗正切或耗散因数（Tanδ或Df）
材料的损耗角正切可以衡量材料的功率损失。材料的损耗角正切越低，损失的功率越少。大多数PCB材料的Tanδ范围从最常用材料的0.02到非常低损耗的高端材料的0.001。它也随频率而变化，随着频率的增加而增加。
损耗角正切通常不是数字电路的关键考虑因素，除非在1Ghz以上的非常高的频率。然而，它是模拟信号的一个非常重要的参数，因为它决定了信号衰减的程度，从而影响信号走线各个点的信噪比。
体积电阻率（ρ）
体积电阻率或电阻率（ρ）是PCB材料的电阻或绝缘电阻的度量之一。材料的电阻率越高，它就越不容易移动电荷，反之亦然。电阻率以欧姆 - 米（Ω-m）或欧姆 - 厘米（Ω-cm）表示
作为介电绝缘体，PCB材料需要具有非常高的电阻率值，大约10 10 -10 10兆欧 - 厘米。电阻率受水分和温度的影响。
表面电阻率（ρS）
表面电阻率（ρS）是PCB材料表面的电阻或绝缘电阻的量度。与体积电阻率一样，PCB材料需要具有非常高的表面电阻率值，大约为每平方10 10 -10 10兆欧姆。它也受到湿度和温度的影响。
电气强度
电气强度测量PCB材料抵抗PCB Z方向（垂直于PCB平面）的电击穿的能力。它以伏/密耳表示。PCB电介质的典型电气强度值在800V /密耳至1500V /密耳的范围内。
通过使PCB材料在标准AC电源频率下经受短的高压脉冲来确定电气强度。
化学性质
易燃性规格（UL94）
UL94，或设备和器具部件用塑料材料可燃性安全标准测试，是塑料可燃性标准，将塑料从最低（阻燃性最低）到最高（最具阻燃性）分类。
该标准由Underwriters Laboratories（UL）定义。大多数PCB材料符合UL94 V-0标准; 这是它的要求
1.在施加试验火焰后，试样在燃烧时不会燃烧超过10秒。
2.对于每组5个样品，10次火焰应用的总燃烧燃烧时间不得超过50秒。
3.试样可能不会燃烧，燃烧或发光燃烧直至夹持夹。
4.试样可能不会滴出火焰颗粒，这些颗粒会点燃位于试样下方300 mm处的干燥吸收性外科棉。
5.在第二次取出试验火焰后，试样可能没有持续超过30秒的发光燃烧。
吸湿
吸湿性是PCB材料浸入水中时抵抗水分吸收的能力。根据标准测试方法，在受控条件下由于吸水引起的PCB材料重量百分比增加给出。大多数材料的吸湿值在0.01％至0.20％的范围内。
吸湿会影响材料的热性能和电性能，以及当PCB电路通电时材料抵抗导电阳极丝（CAF）形成的能力。
二氯甲烷抗性
二氯甲烷耐受性是衡量材料耐化学性的指标; 具体而言，PCB材料抵抗二氯甲烷吸收的能力。
就像吸湿一样，它表示PCB材料在受控条件下暴露于二氯甲烷或浸泡在二氯甲烷中的重量百分比增加。大多数PCB材料的二氯甲烷电阻值在0.01％至0.20％的范围内。
机械性能
剥离强度
剥离强度是铜导体和介电材料之间的粘合强度的量度。它表示分离角度为180度的粘合材料所需的每线性英寸的力/磅（PLI，或每个导体宽度的平均负载）。
在标准PCB制造工艺之后，对1OZ厚和~32至125毫米宽的铜迹线的样品进行剥离强度测试。它在3个条件下完成：
?热应力后：样品在288oC的焊料上漂浮10秒钟后
?在高温下：将样品暴露在125oC的热空气或流体中
?暴露于工艺化学品后：在样品暴露于化学或热处理过程中的特定系列步骤之后
抗弯强度
弯曲强度是材料承受机械应力而不破裂的能力的量度。它以Kg /平方米或磅/平方英寸（KPSI）表示。
通常通过在其端部支撑PCB并将其装载在中心来测试抗弯强度。IPC-4101是用于刚性和多层印刷电路板的基础材料规范，它提供了各种PCB材料的最小抗弯强度。
杨氏模数
杨氏模量或拉伸模量也测量PCB材料的强度。它测量特定方向上的应力/应变比，并且一些PCB层压板制造商在杨氏模量而不是弯曲强度方面给出强度。与弯曲强度一样，它以单位面积的力表示。
一些PCB层压板制造商给出的PCB材料强度不是在弯曲强度方面，而是在杨氏模量方面，杨氏模量是特定方向上应力/应变比的度量。
密度
PCB材料的密度以克/立方厘米（g / cc）或磅/立方英寸（磅/平方英寸）表示。
分层时间
分层时间可以测量材料在特定温度下抵抗分层的时间 - 树脂与层压板，箔或玻璃纤维的分离。分层可能是由热冲击，材料中的错误Tg，湿气，不良的层压过程引起的。
分层是树脂与铜或增强材料的分离，分层时间测量在特定温度下发生的时间。
