选错PCB基材引发的血案

PCB电路板主要由覆铜箔层压板（Copper Clad Laminates，CCL）、半固化片（PP片）、铜箔（Copper Foil）、阻焊层（又称阻焊膜）（Solder Mask）、表面处理、字符组成。

PCB电路板的主要材料是覆铜板， 而覆铜板（敷铜板）是由铜箔（成本占比30%-40%）、玻璃布（基板，成本占比20%-25%）、树脂（粘合剂，成本占比25%-30%）和填料构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板；在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔，常用厚度18μm~35μm~50μm；铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板，基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板。铜箔能否牢固地覆在基板上，则由粘合剂来完成。常用覆铜板的厚度有1.0mm、1.5mm和2.0mm三种。

随着电子产品技术的高速发展，对覆铜板（CCL）有更高的性能要求。因此，从CCL的性能分类，又分为一般性能CCL、低介电常数CCL、高耐热性的CCL（一般板的L在150℃以上）、低热膨胀系数的CCL（一般用于封装基板上）等类型。

随着电子技术的发展和不断进步，对印制板基板材料不断提出新要求，从而，促进覆铜箔板标准的不断发展。目前，基板材料的主要标准如下：

① 国家标准：我国有关基板材料的国家标准有GB／T4721—4722 1992及GB4723—4725 1992，中国台湾地区的覆铜箔板标准为CNS标准，是以日本JIS标准为蓝本制定的，于1983年发布。

② 国际标准：日本的JIS标准，美国的ASTM、NEMA、MIL、IPC、ANSI、UL标准，英国的BS标准，德国的DIN、VDE标准，法国的NFC、UTE标准，加拿大的CSA标准，澳大利亚的AS标准，前苏联的FOCT标准，国际的IEC标准等；PCB覆铜板材料的供应商，常见与常用到的就有：生益、建滔、台光、南亚塑胶、松下等。

PCB电路板板材介绍：按品牌质量级别从低到高划分如下：94HB>94VO>CEM-1>CEM-3>FR-4。

覆铜板按板的增强材料不同可划分为：纸基、玻璃纤维布基、复合基（CEM系列）、积层多层板基和特殊材料基（陶瓷、金属芯基等）五大类。

覆铜板按板所采用的树脂胶黏剂不同可划分为：

常见的纸基CCL有：酚醛树脂（XPC、XXXPC、FR-1、FR-2等）、环氧树脂（FR-3）、聚酯树脂等各种类型。

常见的玻璃纤维布基CCL有环氧树脂（FR-4、FR-5），它是目前最广泛使用的玻璃纤维布基类型。另外还有其他特殊性树脂（以玻璃纤维布、聚基酰胺纤维、无纺布等为增加材料）：双马来酰亚胺改性三嗪树脂（BT）、聚酰亚胺树脂（PI）、二亚苯基醚树脂（PPO）、马来酸酐亚胺-苯乙烯树脂（MS）、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂等。

覆铜板按照机械刚性可以划分为：刚性覆铜板（Rigid Copper Clad Laminate）和挠性覆铜板（Flexible CopperClad Laminate）。

覆铜板按照厚度可以分为：厚板【板厚范围在0.8~3.2mm（含Cu）】、薄板【板厚范围小于0.78mm（不含Cu）】。

覆铜板按不同的绝缘材料、结构可以划分为：有机树脂类覆铜板、金属基覆铜板、陶瓷基覆铜板。

覆铜板按照阻燃等级划分为：阻燃板与非阻燃板。

覆铜板按照UL标准（UL94、UL746E等）规定，对CCL阻燃性等级进行划分，可将刚性CCL划分为四类不同的阻燃等级：即UL-94V0级、UL-94V1级、UL-94V2级及UL-94HB级。

覆铜板常见详细参数及用途如下：

94HB：普通纸板，不防火（最低档的材料，模冲孔，不能做电源板）；

94VO：阻燃纸板 （模冲孔）；

22F： 单面半玻纤板（模冲孔）；

CEM-1：单面玻纤板（必须要电脑钻孔，不能模冲）；

CEM-3：双面半玻纤板（除双面纸板外属于双面板最低端的材料，简单的双面板可以用这种料，比FR-4会便宜5~10元/平米）；

FR-4：双面玻纤板。

覆铜板常见知识点：

1、覆铜板阻燃特性的等级划分可以分为94VO－V1 －V2 －94HB四种；

2、半固化片：1080=0.0712mm，2116=0.1143mm，7628=0.1778mm；

3、FR-4CEM-3都是表示板材的，FR-4是玻璃纤维板，CEM-3是复合基板；

4、无卤素指的是不含有卤素（氟、溴、碘等元素）的基材，因为溴在燃烧时会产生有毒的气体，环保要求。

5、Tg是玻璃转化温度，即熔点。

6、电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度（Tg点），这个值关系到PCB板的尺寸耐久性。

什么是高Tg？PCB线路板及使用高Tg PCB的优点：

高Tg印制电路板当温度升高到某一阀值时基板就会由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此时的温度称为该板的玻璃化温度（Tg）。也就是说，Tg是基材保持刚性的最高温度（℃）。也就是说普通PCB基板材料在高温下，不断产生软化、变形、熔融等现象，同时还表现在机械、电气特性的急剧下降，这样子就影响到产品的使用寿命了，一般Tg的板材为130℃以上，高Tg一般大于170℃，中等Tg约大于150℃；通常Tg≥170℃的PCB印制板，称作高Tg印制板；基板的Tg提高了，印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG值越高，板材的耐温度性能越好 ，尤其在无铅制程中，高Tg应用比较多；高Tg指的是高耐热性。

随着电子工业的飞跃发展，特别是以计算机为代表的电子产品，向着高功能化、高多层化发展，需要PCB基板材料的更高的耐热性作为前提。以SMT、CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展，使PCB在小孔径、精细线路化、薄型化方面，越来越离不开基板高耐热性的支持。

所以一般的FR-4与高Tg的区别：同在高温下，特别是在吸湿后受热下，其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异，高Tg产品明显要好于普通的PCB基板材料。

在PCBA加工中，不良的PCB材料会从电气性能、可靠性、生产效率、成本控制及外观质量五个核心维度对产品造成系统性负面影响，具体结果与分析如下：

①、电气性能劣化

1、信号传输异常

1）介电常数不稳定：劣质材料可能导致信号传输速度波动，引发时序错误(如高速数字电路中的数据错位)。

2）电阻率偏差：增加线路损耗，导致信号衰减(如射频电路中信号强度不足)。

3）电磁干扰(EMI)失控：材料屏蔽性能差，使设备易受外部干扰或对外辐射超标(如医疗设备因EMI故障误触发)。

2、阻抗失配

在高速信号(如USB 3.0、HDMI)或射频电路中，阻抗偏差超过±10%会导致信号反射，引发数据错误或通信中断。

②、可靠性风险激增

1、机械结构失效

1）翘曲变形：板材耐热性差或铜箔分布不均，导致PCB在回流焊中弯曲度超标(如IPC标准要求≤0.75%)，引发元器件虚焊或立碑效应。

2）分层起泡：基材与铜箔结合力不足，在高温高湿环境下分层(如汽车电子中因振动导致线路断裂)。

3）脆性断裂：材料韧性不足，在安装或运输中受机械应力后开裂(如消费电子产品跌落测试失败)。

2、热管理崩溃

1）散热效率低下：导热系数低的材料(如普通FR-4 vs. 铝基板)导致功率器件温度飙升(如LED驱动板因过热提前失效)。

2）热膨胀系数(CTE)失配：与元器件CTE差异过大，在温度循环中产生应力，引发焊点疲劳(如航空电子中因热应力导致连接器松动)。

③、生产效率断崖式下降

1、加工难度陡增

1）钻孔偏移：材料硬度不均导致钻头断裂或孔位偏差(如HDI板中微孔加工良率下降30%)。

2）切割毛刺：纤维分布杂乱的材料易产生毛刺，需额外打磨工序(如医疗PCB因毛刺导致绝缘测试失败)。

3）自动化设备卡顿：变形PCB在SMT贴片机中无法精准定位，需频繁停机调整(如生产线效率降低50%)。

2、良品率暴跌

1）焊接缺陷：可焊性涂层氧化或耐热性差，导致润湿不良(如无铅焊接中冷焊点比例高达15%)。

2）短路/断路：布线间距公差超标或阻焊层脱落，引发电气故障(如汽车ECU中因短路导致功能丧失)。

④、成本失控式攀升

1、直接成本增加

1）材料浪费：不良PCB报废率高达20%，远超行业平均5%水平。

2）返工费用：焊接不良需人工修复，单板返工成本达$5-10(如服务器主板返工占总成本15%)。

3）设备损耗：钻孔断裂需频繁更换钻头，年损耗增加$20,000以上。

2、隐性成本累积

1）客户索赔：产品可靠性问题导致批量召回。

2）品牌声誉受损：市场反馈延迟6-12个月，影响新品推广(如工业控制设备因故障率高丢失订单)。

⑤、外观质量灾难

1、表面缺陷

1）白斑/污渍：阻焊层与基材结合力差，在高温高湿后出现白斑(如消费电子产品因外观不良退货率上升10%)。

2）颜色不均：材料批次差异导致PCB颜色不一致，影响高端产品形象(如汽车仪表盘背光板因色差被拒收)。

2、尺寸超差

公差失控：外形尺寸偏差超过±0.1mm，导致无法装配(如服务器主板因尺寸超差报废率达8%)。

不良PCB材料是PCBA加工中的“隐形杀手”，其影响贯穿设计、生产、使用全生命周期。企业需通过严格供应商审核(如要求UL认证、提供材料CTE报告)、加强来料检验(如X-Ray检测分层、切片分析铜箔厚度)、优化工艺参数(如控制回流焊温度曲线)等措施，从源头规避风险，确保产品竞争力。

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