大家可能在餐飲、銀行等場所見過有問題的LED燈板，要么不顯示信息，要么頻繁閃爍。為什么LED燈板會出現問題？原因之一可能是其所用的PCB的板材質量有問題。板材作為PCB產品的基礎，不僅是其核心主要原材料，而且占PCB成本的60%左右。由此可見，板材的重要性不言而喻。所謂，好食材才能做出好食物。好板材才能保證好板子。因此，做PCB，選好板材是關鍵。
做高多層PCB，板材是關鍵
尤其是高多層PCB。因其集成度高、尺寸小、信號完整性優良以及出色的熱管理能力，廣泛應用于消費電子、通訊設備、汽車電子、工業控制與自動化、醫療設備、航空航天和能源設備等多個領域。
以汽車電子領域為例。隨著汽車電子技術的快速發展，高多層PCB在汽車行業中的應用越來越廣泛。其高密度布局和可靠性能滿足汽車電子對于小型化、高可靠性和環境適應性的需求。所以，高多層PCB被應用于車載娛樂系統、駕駛輔助系統、發動機控制單元和安全系統等。
與單層或雙層PCB相比，高多層PCB面臨著更高的復雜性和性能挑戰。這主要體現在三方面：一是高頻信號傳輸特性要求。高多層PCB常用于需要高頻信號傳輸的應用，如通信設備和高速數字信號處理。這要求PCB必須有更好的介電性能和信號傳輸速度，以減少信號損耗和噪音。
二是熱管理需求。高多層PCB通常用于高功率電子設備，需要有效的熱管理措施保證元件正常工作溫度。這就要求PCB有更好的導熱性能和熱膨脹系數控制，以優化熱傳導和分布，避免熱點和熱應力問題。
三是機械強度和穩定性要求。高多層PCB通常有著較大的尺寸和較高的層數，因此需要更高的機械強度和穩定性。板材的剛性和耐久性對于抵抗振動、沖擊和彎曲應力至關重要，以確保高多層PCB的可靠性和壽命。
由此可見，高多層PCB對板材的要求更高，包括在高頻信號傳輸、熱管理和機械強度穩定性等方面的特殊需求。
高多層PCB板材的分類
覆銅板（CCL-Copper Clad Laminate），在PCB多層板生產中也稱為芯板（CORE），是高多層PCB的關鍵原材料。它是由銅箔、樹脂、玻璃纖維布和其他功能性增強添加物組成的。通過將增強材料浸入樹脂，并在一面或兩面貼上銅箔，經過熱壓處理形成板狀材料，這就是我們所說的覆銅箔層壓板。在分類上，板材可根據材質、成品的軟硬度、結構和等級等不同維度進行區分。
具體來說，板材可以分為有機材質和無機材質兩大類。
根據成品的軟硬度，板材分為硬板、軟板和軟硬結合板。硬板是最常見的類型，用于大多數標準電子設備；軟板靈活性高，適用于需要彎曲的應用場景；軟硬結合板結合了硬板的穩定性和軟板的靈活性，適用于復雜的電子產品設計。
在結構上，板材可分為單面板、雙面板、多層板和HDI（高密度互連板，特點是盲埋孔技術）。單面板只有一面帶有導電路徑，雙面板的兩面都布有電路；多層板通過多層導電圖層增加電路密度；HDI板則通過盲埋孔技術實現更高的線路密度和更小的電子設備尺寸。
按照板材等級劃分，PCB板材包括94HB（最低阻燃等級）、94V0（更高的阻燃性能）等。其中，94V0級別下，又細分為FR1、22F、CEM-1、CEM-3和FR-4等材料類型。FR1主要用于單面板；22F常用于成本敏感型產品；CEM-1和CEM-3適用于雙面板應用；FR-4則因其優良的電氣絕緣性能、高機械強度和良好的濕熱穩定性，廣泛應用于多層板制造。
如果按照基板的增強材料不同，還可分為五大類：紙基、玻璃纖維布基、復合基（CM系列）、積層多層板基和特殊材料基（陶瓷、金屬芯基等）。
這里，尤其要說一下FR4。
它是一種常見的玻璃纖維增強環氧樹脂基板材料，具備優異的電絕緣性能、良好的機械強度與剛性、耐高溫特性和易于加工的優點。同時，相比其他材料，FR4更為經濟。目前，采用FR4材料的PCB是當前全球產量最大、使用最多的一類PCB。在討論高多層PCB時，我們主要關注使用FR4材料的產品。
板材選型的內在因素
在PCB下單時，您可能會遇到所需板材缺貨的情況。這時，選擇具有相同性能等級的替代材料就顯得尤為重要。高多層PCB的板材選擇不僅受到材料本身和內在特性的影響，還包括外部因素。內部因素涵蓋一系列重要的考量，如外觀要求、尺寸標準、電氣性能、熱性能和物理（機械）性能等。
其中，外觀要求，包括金屬箔面的凹痕、皺折、劃痕、氣泡等缺陷，這些都可能影響最終產品的質量和性能。尺寸要求涉及板材的長度、寬度、對角線偏差、翹曲度等，精確的尺寸對于保證PCB的裝配精度和性能至關重要。
接下來，我們重點介紹下電氣性能、熱性能和物理（機械）性能。
電氣性能
電氣性能有介電常數（Dk）、介質損耗角正切（DF）、體積電阻、表面電阻、絕緣電阻、耐電弧性、擊穿電壓、電氣強度和相對漏電起痕指數（CTI）。
其中，介電常數（Dk）、介質損耗角正切（DF），和相對漏電起痕指數（CTI）是在選擇PCB板材時，用戶最為關心的電氣性能參數。
介電常數，即Dk，英文全稱Dielectric constant。它是描述材料存儲電荷能力的物理屬性，對電容器性能和電場分布有著顯著影響。具有高介電常數的材料能夠存儲更多的電荷，這對于需要高電容性能的應用尤為重要。此外，介電常數還決定了電場在介質中的傳播速度和集中程度。舉例來說，FR4板材的介電常數一般在4.2到4.6之間，而鐵氟龍介電常數在2.0到3.0范圍內，綠油介電常數則位于3.4到3.8之間。
某廠商的產品技術資料
介質損耗角正切，即DF，英文全稱Dissipationfactor，或稱為損耗因子，是描述介質材料在交流電場中能量損失的重要物理參數。它反映了材料中電場能量損失與儲存能量之比，與材料的分子結構、化學組成和溫度等因素緊密相關。在電子器件和電路設計中，DF是關鍵參數，直接影響信號的帶寬、衰減和相位失真，尤其在高頻電路和通信系統中至關重要。選擇低DF值的材料可以顯著減少信號損失并保持良好的信號完整性，例如，像天線板一般選用PTFE這種低損耗的材料。
相對漏電起痕指數（CTI）同樣非常重要，它是衡量絕緣材料在電弧作用下的抗電擊穿能力。CTI是評估材料耐電弧性能的關鍵參數，對確定材料的安全性和可靠性在特定環境條件下尤為關鍵。CTI值的高低通常以標準化分類表示，數值越高，材料的電弧性能越好。
某廠商的產品技術資料
CTI值的高低直接關聯到材料的絕緣性能和耐電弧能力，其中更高的CTI值意味著材料能在更高電壓下維持其絕緣性，展現出更佳的耐電弧性能。這一特性對于電氣設備和電子產品來說至關重要，因為它保證了在電弧事件發生時，材料能提供充分的保護，從而大幅降低發生火災和其他意外事故的風險。因此，在設計和選擇電子材料時，高CTI值的材料往往被優先考慮，以確保整個系統的安全和可靠性。
CTI測試等級判定標準
通常，CTI值以標準化的分類進行表述，其中數值越高，表示材料具有更好的電弧性能。目前，嘉立創所有材料CTI均是3級，范圍在175-249V之間。
熱性能
熱性能主要有Tg值、Td值、CTE、熱應力、燃燒性等。
Tg值，又叫玻璃化轉變溫度，是衡量PCB板材熱性能的關鍵指標之一。它標志著材料（如PCB板材）隨著溫度升高，從硬而脆的玻璃態轉變到柔軟的橡膠態的臨界點。在PCB制造領域，這種玻璃態物質通常指的是構成介質層的樹脂或樹脂與玻纖布的混合物。
某廠商的產品技術資料
Tg值對PCB的可靠性和性能有著重大影響。當PCB在其操作溫度范圍內工作時，保持材料處于玻璃態是非常重要的，可以確保電路板的機械和電氣性能穩定。如果PCB在使用過程中超過了其Tg值，那么板材可能會變軟，導致尺寸穩定性下降，甚至可能影響到導線和焊點的完整性，從而降低整個電路板的性能和可靠性。
常用普通板材的Tg要求大于135℃，中Tg要求大于150℃，高Tg要求大于170℃。Tg越高，板材的耐熱性、尺寸穩定性越好。
Td值，即熱分解溫度，英文全稱Thermal Decomposition Temperature。它是指在高溫條件下，材料開始發生化學分解的溫度。這是衡量板材在高溫環境下熱穩定性和耐高溫性能的重要指標。在高功率或高溫度條件下工作的電子設備中，PCB板材若具有較高的Td值，則意味著它能夠在不分解或損失性能的情況下，更好地承受這些條件，確保電路的長期穩定運行。
某廠商的產品技術資料
Td值越高，意味著板材通常可以承受更高的溫度和熱應力，保持電路的正常功能并延長設備的使用壽命。
CTE，即熱膨脹系數，英文全稱Coefficient of Thermal Expansion。它用于描述PCB板材在溫度變化下的尺寸變化情況。溫度每升高一度，材料就會相應地膨脹或在冷卻時收縮。由于PCB板材通常由樹脂、銅箔和玻璃纖維增強材料等多種材料組成，這些材料的CTE值各不相同，導致溫度變化時它們的膨脹或收縮速度不一致。這種不匹配的熱膨脹行為可能會引起板材的尺寸不穩定、應力集中，甚至在焊接等后續加工過程中出現問題。
某廠商的產品技術資料
CTE值越低，尺寸穩定性越好，反之越差。
物理（機械）性能
在物理機械性能方面，PCB板材的質量和適用性受多種因素影響，包括銅箔剝離強度、抗彎強度、吸水率、可燃性等。
此外，CAF也尤為重要。CAF現象，又稱為燈芯效應，全稱Conductive Anodic Filament。它指的是，在高溫、高濕、高壓等條件下，產品經過長期使用，板材的玻璃纖維作為通道，導致孔壁的銅箔生長形成細長的導電絲狀物，這些絲狀物最終可能在相鄰孔之間形成短路或微短現象。更加棘手的是，當PCB產品經過重新烘烤后，這種故障可能暫時消失，使得問題難以被立即識別和解決。導致CAF發生的原因有多種多樣，包括材料、鉆孔、電鍍、資料設計（孔間距小于IPC2級標準）。根據IPC-A-600J標準中的3.3.4條款，芯吸圖示如下：
板材選型的外在因素
在選擇PCB板材時，除了考慮材料的內在特性之外，外部因素也扮演著重要的角色，這包括法律法規、成本、交期、以及板材品牌等。
在法律法規方面，歐盟RoHS指令、WEEE指令和歐盟REACH法規-No SVHCs 值得關注。
RoHS指令目的是限制和控制電子和電氣設備中使用的有害物質，從而減少這些物質對環境和人類健康的潛在危害。
RoHS認證標志
它限制了在電子和電氣設備中使用的六種有害物質，即鉛（0.1%）、汞（0.1%）、鎘（最大允許含量0.01%）、六價鉻（0.1%）、多溴聯苯（PBB）（0.1%）和多溴二苯醚（PBDE）（最大允許含量0.1%），并要求電子產品和組件中這些有害物質的含量不能超過特定的限制值。
該法規已于2006年7月1日正式實施。此后，歐盟又要求新增4項鄰苯二甲酸酯的限制用量：鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯 (DEHP) （0.1％）、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯 (BBP) （0.1％）、鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP) （0.1％）、鄰苯二甲酸二異丁酯 (DIBP) （0.1％）。
WEEE icon
同時，歐盟通過WEEE指令，促進廢棄電子電氣設備的回收和再生，減少廢棄物對環境的影響。
歐盟REACH法規-No SVHCs 則是歐盟制定的一項化學品管理法規，主要關注化學物質對環境和人體健康的潛在影響，特別是那些被認為是極高關注物質（SVHCs）的化學品。。它要求企業對其生產、進口和使用的化學物質進行注冊、評估和授權。
該法規對PCB板材所使用的化學物質提出了要求。供應商必須向歐洲化學品管理局（ECHA）注冊其所生產或進口的化學物質。此外，一些特定的有害物質可能會受到限制或需要經過授權才能使用。
為了讓大家更好地查閱歐盟RoHS指令、WEEE指令和歐盟REACH法規-No SVHCs，附上三個法規的中文版（出自商務部“出口商品技術指南”）：
UL認證和板材品牌
值得一提的是UL認證。它相當于PCB板材的學歷認證。UL認證是由全球檢測認證機構、標準開發機構美國UL有限責任公司創立。作為一個獨立的第三方認證機構，專門負責對各種產品的安全性和符合性進行評估。
UL認證覆蓋的范圍廣泛，對于PCB板材而言，它包含電氣安全、燃燒特性、環境適應性等多個維度的評估。擁有UL標志的PCB板材，表明其已經經過嚴格的測試和評估，符合特定的UL安全標準。這對于需要確保電子產品在全球市場上滿足最高安全和性能標準的制造商來說尤其重要。
嘉立創已通過UL認證，編號為E479892，這意味著嘉立創產品符合國際安全標準，并滿足客戶和市場的需求。
如果不想細究，從板材品牌入手同樣是一種方式。常見板材品牌有建滔集團、生益科技、南亞塑膠、聯茂電子、金安國紀、臺燿科技、南亞新材、斗山電子、昭和電工、浙江華正新材料、航宇、宏瑞興、騰輝電子、超聲電子、長春塑料、AGC、住友電木株式會社、長興、廣東超華科技、常州中英科技、羅杰斯等。
CCL供應商市場份額（2021）
像嘉立創，6層板使用建滔和中國南亞板材，品質高，有保障。因為建滔板材使用高質量的玻璃纖維增強環氧樹脂（FR-4）作為基材，用高純度的銅箔作為導電層，且經過嚴格的工藝處理，因此具有質量高、性能好的特點，被廣泛應用于電子行業。而中國臺灣南亞同樣在市場上有不小的知名度，其提供的板料不僅具有良好的電氣性能、較高的強度和剛性，而且耐高溫、耐化學性能，能提高產品的可靠性和壽命。
針對8層板和更高層，嘉立創使用中國臺灣南亞和生益板料。其中，作為國內知名的覆銅板供應商，生益板料具有高標準、高品質、高性能、高可靠性的特點，行業認可度高，廣泛應用于工業控制、醫療儀表/器械、消費電子、汽車等電子產品中。
在嘉立創，當你下單時，系統有一個板材選項，用戶可以選擇指定板材品牌及其型號，還能快速了解其Tg值和阻燃性。
嘉立創高多層PCB下單-板材選項
如上圖所示，列出的四個選項均是采用真A級板材。真A級意味著沒有偷布，填料30%左右，阻燃板材。如果達不到這三點，那就是“假A級”板材。同時，我們還可以看到，嘉立創采用的板材均是94V0，即最高的阻燃等級。
根據IPC-4101C的規定，當試樣按表3-1和UL94檢驗時，燃燒等級應符合規格單和表3-9的要求。供選條件、24h對于本規范所述的材料是可以接受的。如果相關規格單種規定為不適用、不要求或由供需雙方商定，在鑒定過程中，該材料必須進行燃燒性試驗，并將結果記錄。若規格單顯示燃燒機理為“溴，符合RoHS”，意思是溴阻燃劑是符合歐盟RoHS法規要求的。
表3-9 燃燒性要求
此外，當你在打樣前，還能免費使用嘉立創板材質量檢測服務，提前規避板材隱患，為產品保駕護航。
嘉立創板材檢測服務
檢測服務面向所有注冊用戶免費開放，可檢測任何PCB供應商的產品。
當然，高多層PCB的板材選擇取決于很多因素，比如成本、板材的Dk和Df值、法律法規要求等。有網友表示：“板材選擇考慮很多因素。首先，要匹配產品的性能，如電氣性能。（焊接和工作）溫度、電氣 性能、結構強度和電路密度以及信號工作頻率的不同對板材的要求也不同。其次，可制造性，比如多次壓合性能、耐CAF、耐熱性、機械韌性、防火等級、Tg、Dk、Df、熱膨脹系數、材料厚度及膠含量公差小。第三，交期、價格、量產成本（特別是消費類電子產品注重降低PCB成本）以及板材品牌。除軍工類產品，產品性能優先，價格次要之外，選擇PCB板材必須在滿足設計需求、可量產性和成本間取得平衡。第四，法律法規的適用性，如歐盟的RoHS指令。最終，高多層PCB板材選型要具體項目具體分析，如果需要更準確的選擇，可以利用仿真評估或測試驗證手段。
