電路板PCB板材的結構與功用介紹

PCB板材結構圖

現今的PCB基材大底由銅箔層(Copper Foil)補強材(Reinforcement)樹脂(Epoxy)等三種主要成份所構成,可是自從無鉛(Lead Free)製程開始後,第四項粉料(Fillers)才被大量加進PCB的板材中,用以提高PCB的耐熱能力。

我們可以把銅箔想像成人體的血管,用來輸送重要的血液,讓PCB起到活動的能力;補強材則可以想像成人體的骨骼,用來支撐與強化PCB不至於軟蹋下來;而樹脂則可以想像是人體的肌肉,是PCB的主要成分。

(必須強調一下,這些內容是上課聽來的,因為本人沒有真正待過PCB基材或PCB板製造廠,所以內容不見得全對,如果你有發現內容有任何的疑問,也請不吝指教)







下面將這四種PCB材料的用途、特性與注意事項來加以說明:

1. Copper Foil(銅箔層)

2. Reinforcement(補強材)

選用PCB補強材的時候必須具備下列的各項優異特性。而我們大部分看到的PCB補強材都是玻璃纖維(GF, Glass Fiber)製成 ,仔細看的話玻璃纖維的材質有點像很細的釣魚線,因為具備下列的個性優點,所以經常被選用當PCB的基本材料。

3. Resin Matrix(樹脂混合材)

傳統FR4板材以Epoxy為主,LF(Lead Free)/HF(Halogen Free)板採則採用多種樹脂與不同固化劑之搭配,使得成本上升,LF約20%,HF約45%。

HF板材易脆易裂且吸水率變大,厚大板容易發生CAF,需改採開纖布、扁纖布,並強化含浸均勻之物質。

良好的樹脂必須具備下列的條件:

4. Fillers System(粉料、填充料)

早期有鉛焊接的時候溫度還不是很高,PCB原本的板材還可以忍受,自從進入無鉛焊接後因為溫度加高,所以粉料才加進PCB的板材中來將強PCB抵抗溫度的材料。

Fillers應先作耦合處理以提高分散性與密著性。


延伸閱讀:
PCB爆板的真因剖析與防止
FPC結構—單面板及單銅雙做
PCB銅箔厚度、線寬與最大負載電流間的關係
防潮絕緣抗腐蝕漆-電路板表面被覆/塗布(Conformal coating)

訪客留言內容(Comments)

■High Tg:高的玻璃態轉換點。Tg高的材料大多不易吸水,不吸水才是不暴板的根本原因,而不是因為高Tg。

Tg高的材料大多不易吸水–>應該是Tg高的材料比較會吸水

所以剛做出來 水比較少ㄅ但放一陣子 含水會變多 所以PCB工廠 都建議HIGH TG PCB 不要放太久

感謝您的發表,對初覺者而言著實是淺顯易懂!

想請教,針對SMT時、過Reflow就會嚴重板翹而造成元件空焊、立碑等狀況產生
應如何克服呢??

Doris;
建議你先看一下【PCB爆板的真因剖析與防止】這篇文章,想瞭解板彎板翹應該先瞭解這是因為應力(stress)不均所造成的結果,接著在瞭解是什麼造成應力不均?Reflow最大的問題就是溫度,也就是溫度施加在板子上的應力不同,當板子上面局部地區有大片銅箔,其他地方沒有,吸熱及放熱的速度就會有所不同,產生應力的大小及時間也會不同,應力不同板彎板翹就會發生。其次是板子的結構,現在的板子都是多層板,各板層之間有不同的連結點(via),材料熱漲冷縮是天性,可是連結點確硬生生限制它不能隨著熱漲冷縮而改變,板彎板翹也會發生。
板彎板翹的預防,基於以上要降低溫度對板子的影響,不外乎降低板子的昇溫速度,均勻板子的銅箔,採用高Tg的板材,減小板子的尺寸…等。

Hi 工作熊,

感謝你長期分享高品質的文章,以後集結成書可以造福很多電子製造業的同仁,都是很實際又很有趣的議題,keep on the good work!

有些coper你打成cooper囉。

Hsuan

Hsuan,
謝謝您的提醒。

如何减小大尺寸QFN器件(散热焊盘18*10mm)的焊接空洞?

meterfalls,
建議你先自己做過一些研究與實驗,為什麼焊接會有空洞,否則你的問題太大,又沒有清楚的描述,實在不知道你的問題出在哪裡。

感謝您分享許多專業的文章! 想請教一下,對於PCB在某些長壽命需求的產業(例如工業電腦,or太陽能產業要求10年…)應用上.是否可在PCB板材或設計上做什麼樣的材料選用或做法來達到10年甚至15年的耐用年限呢? 謝謝您!

Serena,
只能很抱歉的通知您,個人沒有這方面的研究。
建議可以將這個問題拿去問板廠,看看他們有什麼建議。

請問您有adaptor自動化產線及品質管理系統相關資訊可分享.感謝!
Adam Chiu


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