PCB(电路板)分类、结构及制造过程介绍

CONTENTS
一、板材分类及主要成份 二、板材的厚度 三、板材铜箔厚度 四、绝缘层厚度 五、导热系数 六、生产板材的结构及生产流程 七、铝基板介绍 八、玻纤板介绍
一、板材分类及主要成份 1.根据板材可划分为：玻璃纤维布基、复合基（CEM系列）、金属基三大类。
FR-1 酚醛纸基板,击穿电压787V/mm表面电阻,体积电阻比FR- 2低. FR-4 环氧玻璃布板 CEM-1 环氧玻璃布一纸复合板 CEM-3 环氧玻璃布--玻璃毡板 铝基板 金属化基板
特点
铝基板（金属基散热板（包含铝基板，铜基板，铁基板））是低合金化的 Al-Mg-Si 系高塑性合金板，它具有良好的导热性、电 气绝缘性能和机械加工性能，铝基板与传统的FR－4 相比，采用相同的厚度，相同的线宽，铝基板能够承载更高的电流，铝基板耐 压可达4500V，导热系数大于2.0，在行业中以铝基板为主。 ●采用表面贴装技术（SMT）； ●在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理； ●降低产品运行温度，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用寿命； ●缩小产品体积，降低硬件及装配成本； ●取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。
FR-1 —酚醛纸基板 FR-4—玻璃布(Woven glass) 、环氧树脂 CEM-1 —棉纸、 环氧树脂(阻燃) CEM-3 —玻璃布、 环氧树脂 铝基板—铝
一、板材分类及主要成份 2.根据元件导电层面多少分类：单面板、双面板、多层板三大类。
（1）单面板：是一种一面覆铜而另外一面没有覆铜的电路板。在覆铜的一面上 包含有用于焊接的焊盘和用于连接元器件的铜箔导线，在没有覆铜的一面上注有 元件的型号、参数以及电路说明等，以便满足元器件的安装、电路的调试和维修 等需求。 （2）双面板：上下两面均有覆铜的电路板。双面板的顶层和底层都有用于连接 元器件的铜箔导线，两层之间是通过金属化过孔来连接。 （3）多层板：由电气导电层和绝缘材料层交替粘合而成，成本较高，导电层数 据一般为偶数，层间的电器连接同样利用层间的金属化过孔实现。
按板所采用的树脂胶黏剂不同
常见的纸基CCI有：酚醛树脂（XPc、XxxPC、FR-1、FR一2等）、环氧树脂（FE一3）、聚酯树脂等各种类型。 常见的玻璃纤维布基CCL有环氧树脂（FR一4、FR-5），它是目前最广泛使用的玻璃纤维布基类型。另外还有 其他特殊性树脂（以玻璃纤维布、聚基酰胺纤维、无纺布等为增加材料）：双马来酰亚胺改性三嗪树脂（BT ）、聚酰亚胺树脂（PI）、二亚苯基醚树脂（PPO）、马来酸酐亚胺——苯乙烯树脂（MS）、聚氰酸酯树脂 、聚烯烃树脂等。
构成
线路层 线路层（一般采用电解铜箔）经过蚀刻形成印制电路，用于实现器件的装配和连接。与传统的FR-4 相比，采用相同的厚度，
相同的线宽，铝基板能够承载更高的电流。 绝缘层 绝缘层是铝基板最核心的技术，主要起到粘接，绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障。绝缘层 热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也就越有利于降低器件的运行温度，从而达到提高模块的功率负荷 ，减小体积，延长寿命，提高功率输出等目的。 金属基层 绝缘金属基板采用何种金属，需要取决于金属基板的热膨胀系数，热传导能力，强度，硬度，重量，表面状态和成本等条件的 综合考虑。一般情况下，从成本和技术性能等条件来考虑，铝板是比较理想的选择。可供选择的铝板有6061，5052，1060 等 。如果有更高的热传导性能、机械性能、电性能和其它特殊性能的要求，铜板、不锈钢板、铁板和硅钢板等亦可采用。
① 国家标准：我国有关基板材料的国家标准有GB／T4721—47221992及GB4723—4725—1992，中国台湾地区 的覆铜箔板标准为CNS标准，是以日本JIs标准为蓝本制定的，于1983年发布。
② 国际标准：日本的JIS标准，美国的ASTM、NEMA、MIL、IPc、ANSI、UL标准，英国的Bs标准，德国的DIN 、VDE标准，法国的NFC、UTE标准，加拿大的CSA标准，澳大利亚的AS标准，前苏联的FOCT标准，国际的IEC标准 等；PCB设计材料的供应商，常见与常用到的就有：生益＼建滔＼国际等。 PCB电路板板材介绍：按品牌质量级别从底到高划分如下：94HB－94VO－CEM-1－CEM-3－FR-4
工作原理
功率器件表面贴装在电路层，器件运行时所产生的热量 通过绝缘层快速传导到金属基层，然后由金属基层将热量 传递出去，从而实现对器件的散热（请见下图）
铝基板优点：（1）与传统的FR-4 比，铝基板能够将热阻降至最低，使铝基板具有极好的热传导性能；与厚膜陶 瓷电路相比，它的机械性能又极为优良；（2）符合RoHs 要求；（3）更适应于 SMT 工艺；（4）在电路设计方 案中对热扩散进行极为有效的处理，从而降低模块运行温度，延长使用寿命，提高功率密度和可靠性；（5）减 少散热器和其它硬件（包括热界面材料）的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；将功率电路和控制电路 最优化组合；（6）取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。
按CCL的阻燃性能分类
可分为阻燃型（UL94一VO、UL94一 V1级）和非阻燃型（UL94一HB级）两类板。近一二年，随着对环保问题 更加重视，在阻燃型CCL中又分出一种新型不含溴类物的L品种，可称为“绿色型阻燃CCL”。
详细参数及用途如下：
CEM-1：单面玻纤板（必须要电脑钻孔，不能模冲） CEM-3：双面半玻纤板（简单的单双面板可以用这种料，） FR-4：双面玻纤板 1. 阻燃特性的等级划分可以分为94VO/V-1/V-2/94HB 四种 2. 半固化片：1080=0.0712mm，2116=0.1143mm，7628=0.1778mm 3. FR4 CEM-3都是表示板材的，fr4是玻璃纤维板，cem3是复合基板 4. 无卤素指的是不含有卤素（氟 溴 碘 等元素）的基材，因为溴在燃烧时会产生有毒的气体，环保要 求。 5. Tg是玻璃转化温度，即熔点。 6. 电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度（Tg点 ），这个值关系到PCB板的尺寸耐久性。
型号
铝基板常用的金属铝基的板材主要有1000系、5000系和6000系，这三系铝材的基本特性如下： ①1000系列 代表 1050、 1060 、1070 ，1000系列铝板又称为纯铝板，在所有系列中1000系列属于含铝 量最多的，纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对 比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。市场上流通的大部分为1050和1060系列。1000系列 铝板是根据最后两位数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位数字为50，根据国际 牌号命名原则，其含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。在我国的铝合金技术标准(GB/T3880-2006) 中也明确规定1050含铝量达到99.5%。同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。 ②5000系列 代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝板属于较常用的合金铝板系列，主要元素 为镁，含镁量在3-5%之间，其又称为铝镁合金。主要特点为密度低、抗拉强度高、延伸率高等。在相 同面积下铝镁合金的重量低于其他系列，故常用在航空方面，比如飞机油箱。另外在常规工业中应用 也较为广泛。其加工工艺为连铸连轧，属于热轧铝板系列，故能做氧化深加工。在我国5000系列铝板 属于较为成熟的铝板系列之一。 ③6000系列 代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处 理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，接口特点优良，容易涂层， 加工性好。 6061的一般特点：优良的接口特征、容易涂层、强度高、可使用性好，抗腐蚀性强。6061铝的典型用 途：飞机零件、照相机零件、耦合器、船舶配件和五金、电子配件和接头等方面。从材料本身的质地 、硬度、延伸率、化学性能和价格等方面考虑，铝基板一般常用5000系铝材中的5052合金铝板。
随着电子工业的飞跃发展，特别是以计算机为代表的电子产品，向着高功能化、高多层化发展，需要PCB基 板材料的更高的耐热性作为前提。以SMT、CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展，使PCB在小孔径、精细 线路化、薄型化方面，越来越离不开基板高耐热性的支持。
所以一般的FR-4与高Tg的区别：同在高温下，特别是在吸湿后受热下，其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘 接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异，高Tg产品明显要好于普通的PCB基板材料。
三、板材铜箔厚度 CEM-1/CEM-3/FR-1/FR-4/铝基板材料的铜箔厚度，特殊可订制。
铜箔厚度
厚度（微米）
H/0OZ
18μm
1/0OZ
35μm
2/0OZ 3/0OZ
70μm 105μm
四、铝基绝缘层厚度 25μM~250μM
五 、铝基导热系数 普导、中导、高导、 分别是:0.4W、1.0W、1.5W 、2.0W、 3.0W 以上是常规导热，特殊可订制。
六、生产板材的结构及生产流程
A. CEM -1、FR-1、铝基板（单面板） B. FR-4、CEM-3（假双面）
七、铝基板介绍
单面铝基板产品图
铝基板定义
铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层（铜箔）、 绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少 数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。 LED铝基板就是PCB，也是印刷线路板的意思，只是线路板的材料是铝合金，以前我们一般的线路板的材料是玻 纤，但因为LED发热较大，所以LED灯具用的线路板一般是铝基板，能够导热快。
什么是高Tg？PCB线路板及使用高Tg PCB的优点：
高Tg印制电路板当温度升高到某一阀值时基板就会由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此时的温度称为该板的玻 璃化温度（Tg）。也就是说，Tg是基材保持刚性的最高温度（℃）。也就是说普通PCB基板材料在高温下，不断 产生软化、变形、熔融等现象，同时还表现在机械、电气特性的急剧下降，这样子就影响到产品的使用寿命了 ，一般Tg的板材为130℃以上，高Tg一般大于170℃，中等Tg约大于150℃；通常Tg≥170℃的PCB印制板，称作高Tg 印制板；基板的Tg提高了，印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG值越 高，板材的耐温度性能越好 ，尤其在无铅制程中，高Tg应用比较多；高Tg指的是高耐热性。