加入技術交流群
本文章轉載自廣元兄的公眾號：信號完整性學習之路
PCB相關基礎性的知識，用思維導圖方式來展示，讓大家有更多的聯想。
PCB組成
NEMA分類
NEMA--美國國家電氣制造商協會制定了一個對基材分類的標準，除了NEMA標準，基材分類：增強材料類型、樹脂體系類型、樹脂體系的玻璃化轉變溫度（Tg）或材料的其他性能來進行分類。
半固化片&基材
將增強材料浸以樹脂（半固化片），一面或兩面覆以銅箔，經熱壓而成的一種板狀材料，稱為覆銅箔層壓板，即為基材。
基材性能指標，有幾個方面需要補充一下：
①玻璃化轉變溫度Tg
當材料被加熱到的溫度遠高于其Tg值，可能導致不可逆的相態變化，但并不是說溫度到達Tg值，就會發生不可逆的變化，只要樹脂沒有發生分解，這種熱力學變化是可逆的。其實，當溫度接近于Tg值，材料的物理特性就已經發生改變，隨著溫度繼續升高，越來越多的分子鍵變弱，直到所有的鍵都開始發生物理變化。
高Tg值的基材往往比低Tg值的基材剛性更大且更脆。較低的銅剝離強度值和較短的分層測試時間也與高Tg值有關。
高端的FR4樹脂體系往往具備高Tg值和高Td值。
②熱膨脹
熱膨脹系數（CTE）分為X軸、Y軸、Z軸熱膨脹系數，一般指的是Z軸膨脹系數，因為對材料可靠性影響最大。
相對于玻璃布或其他增強材料，樹脂具有相對較高的CTE。
③熱分解溫度
隨著無鉛工藝的出現，基材選擇除了考慮玻璃化轉變溫度，還有一項指標：熱分解溫度。樹脂會在一定溫度點開始出現分解，樹脂內的化學鍵開始斷裂，有揮發成分逸出，質量減少。
Td通常定義為分解失去原始質量5%時對應的溫度點。
為什么考慮Td？
通常認為Tg值越高，材料的可靠性越高。但是在無鉛焊接工藝中，焊接合金往往需要比鉛焊接工藝更高的回流溫度，那這個溫度可能已經接近很多基材中樹脂的熱分解溫度了，因此有的時候Td是需要考慮的。
④分層時間
特定的測試特定溫度下材料經歷多長時間出現分層或爆板。分層時間受到CTE和樹脂使用的不同固化劑的影響，體現的是材料的綜合能力。
⑤銅箔剝離強度
剝離強度是測量導體與基體材料之間的結合力。銅箔厚度會影響測試的剝離強度值，默認為1oz厚的銅。
⑥吸水和吸濕性
材料在空氣或浸沒在水中，其抵抗吸水的能力。水分容易膨脹擴散，導致基材出現分層。水分也會影響基材導電陽極絲（CAF）生長能力。
⑦阻燃性
美國保險商實驗室（UL）將阻燃性能分類為94V-0，94V-1，94V-2等。UL94，代表的是材料的最低可燃性能。
⑧電氣性能
介電常數
樹脂的介電常數比玻璃布小，樹脂含量增加，介電常數變小。
損耗因子
樹脂的損耗因子比玻璃布大，樹脂含量增加，損耗因子變大。
介電常數一般隨頻率的增加而下降，損耗因子一般隨頻率的增加而上升，但會在某個頻率點達到最大的情況。
介電常數和損耗因子通常都會隨吸水率的上升而增加。
除了所說的基材性能指標，還有個IPC-410系列標準，IPC-4101 剛性及多層印制板基材規范，IPC-4103 高速/高頻應用基材規范。
無鉛組裝涉及基材特性
RoHS限制使用的物質：鉛(Pb)，鎘(Cd)，汞(Hg)，多溴聯苯(PBB)，多溴聯苯醚(PBDE)等。
無鉛組裝會涉及基材的部分特性：
添加劑
添加劑有固化劑和阻燃劑。
樹脂的有機成分要進行化學反應，才能產生聚合交聯反應，需要使用固化劑。
RoHS限定了鉛的使用，還對樹脂配方中的阻燃劑做了限定。
關于阻燃劑：
大多數材料，固相抑制法和氣相抑制法同時發生。
聚合物包含各種環氧樹脂，具有不同的可燃性，樹脂和固化劑類型會影響材料的基本可燃性，得出需要多少阻燃劑，以此確定材料的燃燒等級。
選擇阻燃劑需要考慮其對樹脂體系和基材產品性能的影響，有機磷系阻燃劑已成為PCB基材最常見的類型之一。
增強材料
增強材料有很多種，針對不同的產品需求會給添加不同的材料，以此來保證產品的性能。
下圖列出對應材料的屬性和功能：
E玻璃和NE玻璃能夠很好地結合電氣、機械、化學性能，是PCB最常用的玻璃纖維。
玻璃布上涂敷偶聯劑（硅烷偶聯劑），用于增強玻璃纖維和樹脂之間的附著力，還有一個重要的作用就是抑制CAF的生長。
樹脂體系
我們所說的FR-4是環氧樹脂體系中的，FR-4代表的是什么？
FR代表阻燃，4代表環氧基數量。
環氧樹脂混合物包括環氧聚苯醚(PPO)，環氧氰酸酯等，提高環氧樹脂的電性能，一般會在低等級又有電性能指標要求的材料中使用。當然，也會有陶瓷-PTFE(鐵氟龍)共混使用。
上面樹脂體系的劃分，各種資料會有不同。這么多樹脂體系的選擇，都是為了某類產品或者追求一些性能，也會使用不同樹脂體系混合來達到要求，這也是最經濟的解決之道。
