PCB性能指标简介

一路上

1、关键性能指标

物理性能：剥离强度/热膨胀系数/剥离强度
化学性能：Tg/Td/Z-CTE
电性能:  介电常数/介电损耗/阻燃性
环境性能：吸水率/耐CAF性能/CTI

2、玻璃化转变温度Tg

玻璃化转变温度Tg是PCB材料的一个重要特性参数，它指的是材料从玻璃态转变为橡胶态的温度。当温度低于Tg时，PCB材料处于刚硬的玻璃态；而当温度高于Tg时，材料会变得类似橡胶般柔软可挠，具有可逆的形变性质。

玻璃化转变温度Tg对PCB材料的性能有重要影响，可以影响材料的热变形特性、机械强度以及电性能。因此，在PCB设计和制造过程中，需要根据应用环境和要求选择合适的材料和Tg温度。例如，如果应用环境温度较高，要求PCB具有较好的热稳定性和机械强度，需要选择Tg温度较高的PCB材料。
衡量Tg温度通常使用动态热分析(DMA)或热差示扫描仪(DSC)进行测试。这些测试方法可以量化PCB材料在不同温度下的热性能表现，以确定其玻璃化转变温度。
高Tg值的基材往往比低Tg值的基材刚性更大且更脆。较低的铜剥离强度值和较短的分层测试时间也与高Tg值有关。
高端的FR4树脂体系往往具备高Tg值和高Td值。
IPC标准分级：

≥130度    低Tg
≥ 150度   中Tg
≥ 170度   高Tg  
对PCB使用影响：Tg会影响材料的Z-CTE，高温形变、尺寸稳定性等性能。

3、热膨胀系数

PCB的热膨胀系数（CTE）是一个衡量材料在温度变化时尺寸稳定性的重要参数。热膨胀系数分为X轴、Y轴、Z轴热膨胀系数，一般指的是Z轴膨胀系数，因为对材料可靠性影响最大。具体来说，CTE描述了单位温度变化下材料长度的变化量与原长度的比值。对于PCB材料，通常使用线性热膨胀系数来衡量其在温度变化时尺寸的线性变化。
PCB的热膨胀系数对其性能和可靠性有重要影响。CTE值越低，材料的尺寸稳定性越好，反之则越差。在电子设备的制造过程中，需要将符合性能要求的元器件通过合适的方法焊接（安装）到印制电路板上，组成具有一定功能的电路板组装件。由于元器件和基材具有不同的材料，即具有不同的热膨胀系数，因此热膨胀的影响需要通过对材料自身和元器件材质不同方向的实际情况进行综合考虑才能评估。
为了确保电子设备的性能和可靠性，需要对PCB的CTE进行分析评估。在选择PCB材料时，需要考虑其热膨胀系数与应用环境和要求的匹配性。例如，在需要较高尺寸稳定性的应用中，应选择具有较低CTE值的PCB材料

4、热分解温度Td

热分解温度Td是指PCB材料在高温下开始分解的温度。这也是制定PCB热替换工艺的重要参数之一。
PCB材料的热分解温度会影响其在工作温度下的稳定性和寿命。如果PCB材料的热分解温度较低，容易在高温下发生分解和氧化，导致材料性能的退化和失效。因此，在选择PCB材料时，需要考虑其热分解温度，以确保其在工作温度下的稳定性和寿命。
一般来说，传统的PCB分解温度在300℃左右，而无铅材料要求更高的热分解温度，通常要求达到340℃以上。因此，在制定PCB热替换工艺时，需要根据材料的不同要求，选择合适的加热温度和时间，以保证材料不会在加热过程中发生分解和氧化。
随着无铅工艺的出现，基材选择除了考虑玻璃化转变温度，还有一项指标：热分解温度。树脂会在一定温度点开始出现分解，树脂内的化学键开始断裂，有挥发成分逸出，质量减少。
Td通常定义为分解失去原始质量5%时对应的温度点。

5、铜箔剥离强度

剥离强度是测量导体与基体材料之间的结合力。铜箔厚度会影响测试的剥离强度值，默认为1oz厚的铜。
铜箔剥离强度是是评估PCB质量的重要指标之一。剥离强度测试一般是指铜箔与基材或铜箔与棕化膜之间的粘结强度测试。通过万能拉力试验机以一定的速率垂直拉伸铜箔，检测铜箔与基材剥离时的力值，从而计算其剥离强度。
剥离强度测试的目的是评估PCB铜箔与基材之间在接收状态、热应力后、高温状态等预处理后的结合强度。不同标准的铜箔剥离强度要求不同，例如IPC-TM-650第2.4.8版标准要求铜箔剥离长度在28mm以上，剥离力强度在1.4N/cm以上，而GB/T 13542.2-2009标准要求铜箔剥离长度在12.7mm以上，剥离力强度在0.5N/cm以上。
在实际应用中，剥离强度测试可以帮助制造商了解产品的质量和可靠性，并提供改进和优化产品的反馈信息。同时，PCB设计师和工程师也需要充分了解各种因素对铜箔剥离强度的影响，并在设计和制造过程中采取相应的措施，以确保产品的质量和可靠性。

6、吸水和吸湿性

材料在空气或浸没在水中，其抵抗吸水的能力。水分容易膨胀扩散，导致基材出现分层。水分也会影响基材导电阳极丝（CAF）生长能力。
吸水和吸湿性是一个需要关注的重要指标，因为它会直接影响PCB的性能和稳定性。以下是关于PCB吸水和吸湿性的一些关键点：
影响因素：PCB的吸水和吸湿性主要受其材料成分和制造工艺的影响。例如，一些PCB材料中可能含有亲水性基团或孔隙结构，这些都会增加PCB的吸水和吸湿性。
性能影响：当PCB吸收水分后，其介电常数、热膨胀系数等关键性能参数可能会发生变化。这些变化可能导致信号传输的延迟或失真，从而影响整个电子设备的性能。
可靠性问题：长期暴露在高湿度环境中的PCB可能会吸水膨胀，导致尺寸变化、变形或开裂等问题。这些问题不仅会影响电子元器件的安装精度，还可能引发电路故障，降低电子设备的可靠性。
防护措施：为了降低PCB的吸水和吸湿性，可以采取一些防护措施。例如，在PCB表面涂覆防水涂层或使用具有低吸湿性的材料等。此外，在设计和制造过程中，也应充分考虑PCB的应用环境和湿度条件，选择合适的材料和工艺。

7、阻燃性

PCB的阻燃性是一个重要的性能指标，用于评估材料在火焰点燃后的燃烧特性。根据阻燃性能的不同，PCB可以分为V-0、V-1和V-2三个等级。
阻燃性能的测试和评估通常采用国际标准UL94和国内标准GB/T 2408进行。在测试中，使用专业的阻燃性能测试仪器对PCB进行点燃测试和竖直燃烧测试。点燃测试用于判断材料的自燃性能，竖直燃烧测试用于评估材料的火焰延伸程度。通过严格的测试过程和准确的测试数据，可以提供可靠的阻燃性能评估报告。
阻燃PC板是一种具有良好阻燃性的材料，其材质为E级绝缘材料，玻璃化温度为150℃。这种材料的阻燃性能达到UL94 V-0级，具有良好的绝缘性、透光率和耐热性。阻燃PC板还可实现无卤化阻燃，符合全球知名企业最严苛的环保要求。此外，抗静电级阻燃PC板也是一种具有优异阻燃性能的材料，其阻燃等级达到V-0，并具有成形性好、机械性能优异、尺寸稳定性高和阻燃等级高等特点。

8、介电常数

树脂的介电常数比玻璃布小，树脂含量增加，介电常数变小。
介电常数是衡量绝缘材料电性能的一个重要参数，具体来说，是表示电容器极板间填充的绝缘材料的相对电容率。介电常数越大，绝缘性能越好。
对于PCB板材，介电常数是一个非常重要的参数，因为信号在PCB上传输时，速度和信号完成性都会受到介电常数的影响。一般来说，介电常数越大，信号的传输速度越慢。因此，在选择PCB板材时，需要根据实际需求考虑介电常数的影响。
此外，介电常数还会受到温度、湿度等因素的影响。因此，在实际应用中，需要充分考虑这些因素对介电常数的影响，以确保电子设备的性能和可靠性。

9、损耗因子

损耗因子（也称为损耗正切或损耗角正切）是一个描述材料在电场作用下能量损耗的参数。损耗因子越大，材料在电场作用下的能量损耗就越高。
PCB的损耗因子主要受到材料的介电常数、电导率、频率和温度等因素的影响。在高频应用中，PCB的损耗因子会显著增加，导致信号传输的衰减和失真。因此，在高频电路设计中，需要选择具有低损耗因子的PCB材料，以确保信号的完整性和稳定性。
此外，PCB的制造工艺也会对损耗因子产生影响。例如，PCB的表面处理、层压工艺和铜箔厚度等因素都会对损耗因子产生一定的影响。因此，在实际应用中，需要根据具体的应用需求和制造工艺要求来选择合适的PCB材料和工艺参数，以降低损耗因子并提高电路的性能和可靠性。
树脂的损耗因子比玻璃布大，树脂含量增加，损耗因子变大。
介电常数一般随频率的增加而下降，损耗因子一般随频率的增加而上升，但会在某个频率点达到最大的情况。
介电常数和损耗因子通常都会随吸水率的上升而增加。
除了所说的基材性能指标，还有个IPC-410系列标准，IPC-4101 刚性及多层印制板基材规范，IPC-4103 高速/高频应用基材规范。

10、耐CAF性能

PCB的耐CAF性能是指其耐离子迁移的能力，特别是在潮湿环境中。CAF，即Conductive Anodic Filament，是一种在潮湿环境下发生的电化学反应，导致电路中的阳极与阴极之间形成导电通道，从而引发短路。
具体来说，当PCB长时间处于潮湿环境中时，其内部的材料可能会发生吸湿现象，导致基材的吸湿性增加。在基材的吸湿性增加的情况下，过去10万小时的插片可能现在只需要1万小时就会出现绝缘性能下降的情况。特别是在线路与孔的间距越来越小的情况下，对绝缘基材的要求更高。因此，为了提高PCB的耐CAF性能，需要选择具有低吸湿性的材料和进行特殊的表面处理。

11、耐漏电起痕指数CTI

PCB耐漏电起痕指数CTI是指固体绝缘材料表面在电场和电解液的联合作用下，材料表面能经受住50滴电解液而没形成漏电痕迹的最高电压值，以V表示。测试CTI用的耐漏电起痕仪，由一个电压供给装置、两只用铂制成的截面为2mmX5mm的矩形电极、电极的一端切成30°角的斜面、还有加电解液的滴液针构成。试样厚度不小于3mm，面积不小于15mmX15mm的方块。电解液为氯化铵水溶液或烷基萘磺酸钠溶液。然后对两电极施加一个低电压，由滴液针每隔30秒滴下一滴约20mm³的电解液，直到试样表面产生漏电起痕。以此再加大电压，重复上述步骤，做出电压与产生漏痕的液滴关系曲线。由曲线上查出施加50滴电解液相应的电压数，即为CTI值。