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本文章轉載自廣元兄的公眾號：信號完整性學(xué)習之路
PCB相關(guān)基礎性的知識，用思維導圖方式來(lái)展示，讓大家有更多的聯(lián)想。
PCB組成
NEMA分類(lèi)
NEMA--美國國家電氣制造商協(xié)會(huì )制定了一個(gè)對基材分類(lèi)的標準，除了NEMA標準，基材分類(lèi)：增強材料類(lèi)型、樹(shù)脂體系類(lèi)型、樹(shù)脂體系的玻璃化轉變溫度（Tg）或材料的其他性能來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。
半固化片&基材
將增強材料浸以樹(shù)脂（半固化片），一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料，稱(chēng)為覆銅箔層壓板，即為基材。
基材性能指標，有幾個(gè)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(tài)變化，但并不是說(shuō)溫度到達Tg值，就會(huì )發(fā)生不可逆的變化，只要樹(shù)脂沒(méi)有發(fā)生分解，這種熱力學(xué)變化是可逆的。其實(shí)，當溫度接近于Tg值，材料的物理特性就已經(jīng)發(fā)生改變，隨著(zhù)溫度繼續升高，越來(lái)越多的分子鍵變弱，直到所有的鍵都開(kāi)始發(fā)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(shí)間也與高Tg值有關(guān)。
高端的FR4樹(shù)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(shù)脂具有相對較高的CTE。
③熱分解溫度
隨著(zhù)無(wú)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(shù)脂會(huì )在一定溫度點(diǎn)開(kāi)始出現分解，樹(shù)脂內的化學(xué)鍵開(kāi)始斷裂，有揮發(fā)成分逸出，質(zhì)量減少。
Td通常定義為分解失去原始質(zhì)量5%時(shí)對應的溫度點(diǎn)。
為什么考慮Td？
通常認為T(mén)g值越高，材料的可靠性越高。但是在無(wú)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(gè)溫度可能已經(jīng)接近很多基材中樹(shù)脂的熱分解溫度了，因此有的時(shí)候Td是需要考慮的。
④分層時(shí)間
特定的測試特定溫度下材料經(jīng)歷多長(cháng)時(shí)間出現分層或爆板。分層時(shí)間受到CTE和樹(shù)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(huì )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(méi)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(huì )影響基材導電陽(yáng)極絲（CAF）生長(cháng)能力。
⑦阻燃性
美國保險商實(shí)驗室（UL）將阻燃性能分類(lèi)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(shù)脂的介電常數比玻璃布小，樹(shù)脂含量增加，介電常數變小。
損耗因子
樹(shù)脂的損耗因子比玻璃布大，樹(shù)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(huì )在某個(gè)頻率點(diǎn)達到最大的情況。
介電常數和損耗因子通常都會(huì )隨吸水率的上升而增加。
除了所說(shuō)的基材性能指標，還有個(gè)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(wú)鉛組裝涉及基材特性
RoHS限制使用的物質(zhì)：鉛(Pb)，鎘(Cd)，汞(Hg)，多溴聯(lián)苯(PBB)，多溴聯(lián)苯醚(PBDE)等。
無(wú)鉛組裝會(huì )涉及基材的部分特性：
添加劑
添加劑有固化劑和阻燃劑。
樹(shù)脂的有機成分要進(jìn)行化學(xué)反應，才能產(chǎn)生聚合交聯(lián)反應，需要使用固化劑。
RoHS限定了鉛的使用，還對樹(shù)脂配方中的阻燃劑做了限定。
關(guān)于阻燃劑：
大多數材料，固相抑制法和氣相抑制法同時(shí)發(fā)生。
聚合物包含各種環(huán)氧樹(shù)脂，具有不同的可燃性，樹(shù)脂和固化劑類(lèi)型會(huì )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(shù)脂體系和基材產(chǎn)品性能的影響，有機磷系阻燃劑已成為PCB基材最常見(jiàn)的類(lèi)型之一。
增強材料
增強材料有很多種，針對不同的產(chǎn)品需求會(huì )給添加不同的材料，以此來(lái)保證產(chǎn)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(xué)性能，是PCB最常用的玻璃纖維。
玻璃布上涂敷偶聯(lián)劑（硅烷偶聯(lián)劑），用于增強玻璃纖維和樹(shù)脂之間的附著(zhù)力，還有一個(gè)重要的作用就是抑制CAF的生長(cháng)。
樹(shù)脂體系
我們所說(shuō)的FR-4是環(huán)氧樹(shù)脂體系中的，FR-4代表的是什么？
FR代表阻燃，4代表環(huán)氧基數量。
環(huán)氧樹(shù)脂混合物包括環(huán)氧聚苯醚(PPO)，環(huán)氧氰酸酯等，提高環(huán)氧樹(shù)脂的電性能，一般會(huì )在低等級又有電性能指標要求的材料中使用。當然，也會(huì )有陶瓷-PTFE(鐵氟龍)共混使用。
上面樹(shù)脂體系的劃分，各種資料會(huì )有不同。這么多樹(shù)脂體系的選擇，都是為了某類(lèi)產(chǎn)品或者追求一些性能，也會(huì )使用不同樹(shù)脂體系混合來(lái)達到要求，這也是最經(jīng)濟的解決之道。
