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技术专题
電(diàn)路板设计时应考虑的PCB材料属性
每个PCB的热，机械和電(diàn)气行為(wèi)都取决于PCB基板，导體(tǐ)和组件材料的材料特性。在这些不同的材料中，设计人员可(kě)以通过选择正确的PCB基板材料来最大程度地控制板的行為(wèi)。PCB材料的性能(néng)，尤其是树脂和层压材料的性能(néng)，将决定您的電(diàn)路板对机械，热和電(diàn)刺激的反应方式。
当您需要选择PCB基板材料时，哪种PCB材料特性对您的電(diàn)路板最重要？答(dá)案取决于電(diàn)路板的应用(yòng)和将要部署PCB的环境。在為(wèi)下一块PCB选择预浸料和层压材料时，应考虑以下一些重要的材料特性，以供您的应用(yòng)参考。
重要的PCB材料特性
您对基板的选择不再仅限于FR4，但您不应轻易选择PCB层压板。您首先应该了解不同的材料特性如何影响您的PCB，然后选择能(néng)够满足您的操作要求的层压板。不要只听层压板制造商(shāng)的营销演讲；花(huā)时间了解每种基材的材料特性以及它们如何影响您的PCB。
可(kě)以在网上找到一些有(yǒu)关PCB材料性能(néng)的数据，但最好向制造商(shāng)咨询，特别是对于专门的层压材料，因為(wèi)没有(yǒu)两个层压板完全相同，也没有(yǒu)两个完全相同。陶瓷和金属芯PCB等更多(duō)奇特的材料具有(yǒu)一系列独特的材料特性。
所有(yǒu)设计人员都应了解的重要PCB材料性能(néng)分(fēn)為(wèi)四个方面：電(diàn)气，结构，机械和热性能(néng)。
電(diàn)學(xué)性质
当今PCB基板材料中需要考虑的所有(yǒu)重要電(diàn)特性都體(tǐ)现在介電(diàn)常数中。
介電(diàn)常数
这是设计用(yòng)于高速/高频PCB的叠层时要考虑的主要電(diàn)气特性。介電(diàn)常数是一个复杂的量，它是频率的函数，在PCB基板中引起以下形式的分(fēn)散：
速度色散：因為(wèi)介電(diàn)常数是频率的函数，所以不同的频率将经历不同的损耗水平并以不同的速度传播。
损耗色散：信号经历的衰减也是频率的函数。色散的简单模型表示损耗随频率的增加而增加，但这并不是严格正确的，某些层压板的损耗与频谱之间可(kě)能(néng)存在复杂的关系。
这两个效应有(yǒu)助于信号在传播过程中经历的失真程度。对于在非常窄的带宽或单个频率上工作的模拟信号，色散无关紧要。但是，它在数字信号中极為(wèi)重要，并且是高速数字信号建模和互连设计中的主要挑战之一。
结构性质
PCB及其基板的结构也将影响板上的机械，热和電(diàn)性能(néng)。这些特性主要通过两种方式體(tǐ)现：玻璃编织方式和铜导體(tǐ)的粗糙度。
玻璃编织风格
玻璃编织样式会在PCB基板上留下间隙，这与板上的树脂含量有(yǒu)关。玻璃和浸渍树脂的體(tǐ)积比例结合起来，可(kě)以确定基材的體(tǐ)积平均介電(diàn)常数。此外，玻璃编织样式中的间隙会产生所谓的纤维编织效应，其中沿着互连線(xiàn)变化的基板介電(diàn)常数会产生偏斜，共振和损耗。这些影响在〜50 GHz或更高的频率下变得非常突出，这会影响雷达信号，数千兆位以太网和典型的LVDS SerDes通道信号。
PCB基板材料中常见的玻璃编织样式
铜粗糙度
尽管这实际上是印刷铜导體(tǐ)的结构特性，但它有(yǒu)助于互连的電(diàn)阻抗。导體(tǐ)的表面粗糙度在高频下有(yǒu)效地增加了其趋肤效应電(diàn)阻，导致信号传播期间感应涡流产生的感应损耗。铜蚀刻，铜沉积方法以及预浸料的表面都会在一定程度上影响表面粗糙度。
热性能(néng)
选择基板材料时，需要将PCB层压板和基板的热性能(néng)分(fēn)為(wèi)两组。
导热系数和比热
将板的温度提高一度所需的热量以基板的比热来量化，而每单位时间通过基板传输的热量以热导率来量化。这些PCB材料的性能(néng)共同决定了電(diàn)路板在运行过程中与环境达到热平衡时的最终温度。如果将您的電(diàn)路板部署在需要快速将热量散发到大型散热器或机箱中的环境中，则应使用(yòng)导热率更高的基板。
玻璃化温度和热膨胀系数（CTE）
这两个PCB材料特性也相关。所有(yǒu)材料都具有(yǒu)一定的热膨胀系数（CTE），恰好是PCB基板中的各向异性量（即，膨胀率沿不同方向是不同的）。一旦電(diàn)路板的温度超过玻璃化转变温度（Tg），CTE值就会突然增加。理(lǐ)想情况下，CTE值应在所需温度范围内尽可(kě)能(néng)低，而Tg值应尽可(kě)能(néng)高。最便宜的FR4基板的Tg〜130°C，但是大多(duō)数制造商(shāng)都提供Tg〜170°C的纤芯和层压板选择。
上面列出的热性能(néng)还与PCB基板上导體(tǐ)的机械稳定性有(yǒu)关。特别地，CTE失配在高纵横比的通孔和盲孔/埋孔中产生了已知的可(kě)靠性问题，其中，由于體(tǐ)积膨胀引起的机械应力，通孔易于断裂。因此，已经开发出了高Tg材料和其他(tā)专门的层压板，从事HDI设计的设计师可(kě)能(néng)会考虑使用(yòng)这些替代材料。