印制电路板基材与电子元器件选型,属于产品开发阶段十分关键的一环,选型工作不能够单纯依照经验直接确定,需要综合考量产品实际功能要求、性能指标、产品定位以及项目成本预算,多维度对比之后再敲定方案。不同工作场景之下,电路板承受温度、振动、散热条件不一样,基材选择出现偏差,产品投入使用之后,极易出现变形、开裂、器件失效一系列故障。
绝大多数普通民用电子产品,普遍采用 FR4 环氧玻璃纤维的基板,该类基材综合性能均衡,加工成熟,采购成本可控,市场供给充足。如果设备长期处在高温环境工作,或是产品需要用到可弯折挠性电路板,就适合选用聚酰亚胺玻璃纤维的基板,它耐高温性能更加突出,弯折耐受能力表现优秀。高频通讯类电路,信号传输品质要求严苛,聚四氟乙烯玻璃纤维的基板介电参数更加适配高频信号传输需求。部分大功率电源产品,器件发热量大,散热压力高,这类场景大多选用金属基板,加快热量向外传导,降低器件工作温度。
挑选 PCB 基板,有几项核心参数需要重点评估。第一点选用具备较高玻璃化转变温度 Tg 的基材,Tg 数值需要高于电路板实际工作温度。基材达到玻璃化转变温度之后,材质物理状态发生改变,板材硬度下降,更容易出现形变,高温工况下 Tg 参数不达标,电路板受热发生翘曲,会带动上面贴片元器件承受额外机械应力,埋下后期失效隐患。
第二点优先选择热膨胀系数 CTE 偏低基材,电路板 X 方向、Y 方向以及板材厚度方向热膨胀系数并不统一,电路板反复经历升温降温循环,各个方向伸缩幅度不一致,电路板就会出现扭曲变形,情况严重的时候,板内金属化孔内壁铜层被拉扯断裂,线路断路,周边贴片元器件引脚也会出现开裂损坏。不同基材 CTE 参数差异明显,设计阶段就要把热膨胀数据纳入仿真评估,减少后期可靠性问题。
第三点看重基材耐热表现,电路板要经历 SMT 回流焊短暂高温冲击,一般条件下基材需要承受 250 摄氏度左右短时高温考验,耐热性能不足,焊接过程板材起泡、分层,直接造成电路板报废。还要关注基材介电性能、绝缘阻抗、吸湿率等指标。宁波中电集创在项目前期评审阶段,会把 PCB 基材参数同整机使用工况放在一起核对,避免设计阶段选型疏忽,等到批量生产才暴露出可靠性缺陷,导致改板返工,增加项目时间与资金成本。除基板之外,配套电子元器件选型,同样需要匹配电路板工况,元器件耐温、耐压、功率参数要预留合理余量,基板与元器件二者互相适配,才可以保障电子产品长期稳定运行。
