PCB板原材料的深度解析

印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB）是電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組件，它承載著電子元器件，并提供電氣連接。一塊小小的PCB板，其背后凝聚了材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和精密制造的諸多成果。PCB的性能、可靠性、成本乃至最終電子產(chǎn)品的表現(xiàn)，都與所選用的原材料息息相關(guān)。本篇將對PCB板的主要原材料進(jìn)行深入、細(xì)致的剖析，涵蓋其種類、特性、制造工藝中的作用以及發(fā)展趨勢。

一、基材：PCB的骨架與絕緣核心

基材是PCB的基礎(chǔ)，它不僅為電路提供機械支撐，更是實現(xiàn)電氣絕緣的關(guān)鍵。基材的性能直接決定了PCB的電氣特性（如介電常數(shù)、介質(zhì)損耗）、機械特性（如強度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性）以及加工特性。

1.1 環(huán)氧樹脂玻璃布層壓板（FR-4）：行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)與基石

FR-4（Flame Retardant 4）是目前PCB行業(yè)中使用最廣泛、最成熟的基材。其卓越的綜合性能使其成為無可爭議的市場主導(dǎo)者。FR-4的構(gòu)成主要包括：

• 玻璃纖維布： 作為增強材料，玻璃纖維布賦予FR-4優(yōu)異的機械強度、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性。它由細(xì)小的玻璃纖維紡織而成，呈網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。玻璃纖維的種類繁多，包括E-玻璃（電子級玻璃）、D-玻璃（低介電玻璃）、S-玻璃（高強度玻璃）等。其中，E-玻璃因其良好的電氣性能和機械性能，是FR-4中最常用的玻璃纖維。玻璃纖維的編織方式、單位面積重量和厚度都會影響基材的性能，例如，更細(xì)密的編織可以提供更好的尺寸穩(wěn)定性，而不同厚度的玻璃布則用于制造不同厚度的基材。玻璃纖維布在整個層壓板中扮演著骨架的角色，確保了PCB在極端溫度和應(yīng)力下的形狀保持能力，防止翹曲和變形。

• 環(huán)氧樹脂： 作為粘合劑和絕緣材料，環(huán)氧樹脂將玻璃纖維布粘合在一起，并提供優(yōu)異的電氣絕緣性能。FR-4通常使用溴化環(huán)氧樹脂，其中引入溴元素是為了提高材料的阻燃性，使其達(dá)到UL 94V-0阻燃等級。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)、固化程度和填料種類都會影響基材的介電常數(shù)（Dk）、介質(zhì)損耗（Df）、耐熱性（Tg，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）和吸濕性。高Tg的環(huán)氧樹脂可以在更高的溫度下保持材料的結(jié)構(gòu)完整性，減少在焊接過程中的形變。樹脂的選擇至關(guān)重要，它決定了材料在高溫、高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。例如，多官能團環(huán)氧樹脂可以形成更致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而提高材料的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。

• 填料： 有時會在環(huán)氧樹脂中加入一些無機填料，如二氧化硅（SiO2），以進(jìn)一步改善材料的性能。填料可以降低材料的膨脹系數(shù)（CTE），提高導(dǎo)熱性，并調(diào)整介電常數(shù)。通過控制填料的種類和含量，可以精確地調(diào)整基材的各項物理和電氣性能，使其更符合特定應(yīng)用的需求。例如，對于需要低CTE的應(yīng)用，可以增加高硬度、低膨脹系數(shù)的填料，以減小在溫度變化時材料的尺寸變化，從而提高器件的可靠性。

FR-4的優(yōu)勢包括：

• 成本效益高： 相對于其他高性能基材，F(xiàn)R-4的生產(chǎn)成本較低，使其成為大批量生產(chǎn)的首選。

• 機械強度優(yōu)異： 玻璃纖維增強使其具有出色的抗彎曲、抗拉伸能力，不易在加工和使用中發(fā)生斷裂。

• 電氣性能良好： 介電常數(shù)和介質(zhì)損耗在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中表現(xiàn)良好，能夠滿足數(shù)字電路和中低頻模擬電路的需求。

• 耐熱性適中： 具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg通常在130°C至180°C），能承受常規(guī)的焊接溫度。

• 加工性能好： 易于鉆孔、銑削和層壓，與傳統(tǒng)的PCB制造工藝兼容性好。

• 阻燃性： 溴化環(huán)氧樹脂賦予其自熄性，符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

FR-4的局限性：

盡管FR-4應(yīng)用廣泛，但在高頻、高速、高密度和惡劣環(huán)境應(yīng)用中，其性能可能不足。例如，其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗在高頻下會顯著增加，導(dǎo)致信號衰減和失真；吸濕性相對較高，可能影響長期可靠性。

1.2 高頻/高速基材：應(yīng)對GHz時代的挑戰(zhàn)

隨著電子產(chǎn)品向高頻、高速方向發(fā)展，F(xiàn)R-4在高頻信號傳輸方面的局限性日益凸顯。因此，一系列專為高頻/高速應(yīng)用設(shè)計的基材應(yīng)運而生。這些材料的核心目標(biāo)是降低介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗（Df），以減少信號衰減和提高信號完整性。

• 聚四氟乙烯（PTFE）基材： PTFE（Teflon）是目前已知介電常數(shù)最低、介質(zhì)損耗最小的固態(tài)絕緣材料之一。它具有卓越的電氣性能、耐高溫性、化學(xué)穩(wěn)定性和極低的吸濕性。PTFE基材廣泛應(yīng)用于微波、射頻（RF）通信、雷達(dá)和衛(wèi)星系統(tǒng)等領(lǐng)域。然而，PTFE的缺點是機械強度相對較低，加工難度大（不易與銅箔結(jié)合，表面需要特殊處理），且成本較高。為了改善其機械性能和可加工性，通常會通過填充陶瓷或玻璃纖維來增強。例如，**羅杰斯（Rogers）**系列材料就是典型的PTFE基材，通過不同的陶瓷填充和玻璃纖維增強，提供了一系列Dk和Df都非常低的材料，廣泛應(yīng)用于5G通信、汽車?yán)走_(dá)等前沿技術(shù)。

• 碳?xì)錁渲?熱固性聚苯醚（PPE/PPO）基材： 這類材料介于FR-4和PTFE之間，旨在提供更好的高頻性能，同時保持一定的成本效益和可加工性。它們通常具有比FR-4更低的Dk和Df，但又比PTFE更易加工和層壓。它們適用于高速數(shù)字電路、基站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等應(yīng)用。通過調(diào)整樹脂配方和填料，可以實現(xiàn)不同級別的性能。

• 超低損耗FR-4： 針對高速數(shù)字信號，一些廠商開發(fā)了介電常數(shù)和介質(zhì)損耗更低的FR-4改進(jìn)型材料，通常通過改性環(huán)氧樹脂、優(yōu)化玻璃纖維編織或使用特殊填料來實現(xiàn)。這些材料在保持FR-4工藝兼容性的同時，提升了在高頻下的信號完整性，成本也相對可控。它們是傳統(tǒng)FR-4向高頻應(yīng)用過渡的重要選擇。

高頻/高速基材的關(guān)鍵性能指標(biāo)：

• 低介電常數(shù)（Dk）： 介電常數(shù)越低，信號在傳輸線中的速度越快，信號延遲越小。這對于高速數(shù)字信號至關(guān)重要。

• 低介質(zhì)損耗（Df）： 介質(zhì)損耗越低，信號傳輸過程中的能量損耗越小，信號衰減越少，在高頻下尤為重要。

• 尺寸穩(wěn)定性： 在溫度變化和加工過程中，材料的尺寸變化越小越好，以保證高精度的線路制作和多層板對準(zhǔn)。

• 低吸濕性： 水分會顯著影響材料的電氣性能，尤其是在高頻下。低吸濕性保證了性能的穩(wěn)定性。

• 優(yōu)異的熱性能： 包括高Tg、高Td（分解溫度）和良好的熱可靠性，以應(yīng)對高功率器件產(chǎn)生的熱量。

1.3 撓性基材：彎曲的藝術(shù)

撓性PCB（Flexible PCB, FPC）因其獨特的柔性、輕薄和三維連接能力，在消費電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。撓性基材是FPC的核心。

• 聚酰亞胺（Polyimide, PI）膜： PI膜是目前撓性PCB中最常用的基材。它具有優(yōu)異的耐高溫性、尺寸穩(wěn)定性、機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能。PI膜可以承受多次彎曲而不會損壞，非常適合動態(tài)彎曲應(yīng)用。然而，PI膜的缺點是吸濕性相對較高，且顏色通常為琥珀色，透光性差，不利于光學(xué)對位。

• 聚酯（Polyester, PET）膜： PET膜成本較低，具有良好的柔性和絕緣性。但其耐熱性不如PI膜，通常適用于對耐熱性要求不高的靜態(tài)彎曲應(yīng)用或一次性使用產(chǎn)品。

• 液晶聚合物（Liquid Crystal Polymer, LCP）膜： LCP是一種高性能的熱塑性材料，具有極低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，優(yōu)異的耐高溫性、尺寸穩(wěn)定性和極低的吸濕性。LCP膜是高頻撓性PCB的理想選擇，尤其適用于毫米波雷達(dá)、5G天線等高頻應(yīng)用。然而，LCP膜的成本較高，加工工藝也相對復(fù)雜。

撓性基材的關(guān)鍵性能：

• 柔韌性/彎曲壽命： 能承受多次彎曲而不產(chǎn)生裂紋或斷裂。

• 尺寸穩(wěn)定性： 在加工和使用過程中，尺寸變化小，確保線路精度。

• 耐熱性： 能承受焊接溫度和工作溫度。

• 介電性能： 對于高頻應(yīng)用，需要低Dk和Df。

• 剝離強度： 銅箔與基材之間的結(jié)合力要強。

1.4 其他特殊基材：滿足特定需求

• 金屬基板： 例如鋁基板、銅基板。它們主要用于大功率LED照明、汽車電子、電源模塊等需要高效散熱的應(yīng)用。金屬基板具有極佳的導(dǎo)熱性，能有效將熱量從發(fā)熱元件傳導(dǎo)出去。它們通常由金屬基底、絕緣層和銅箔構(gòu)成。絕緣層是關(guān)鍵，需要提供足夠的絕緣能力，同時具備良好的導(dǎo)熱性。

• 陶瓷基板： 陶瓷（如氧化鋁、氮化鋁）具有極高的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性以及低介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，非常適合航空航天、軍事、高頻功率模塊和傳感器等嚴(yán)苛環(huán)境下的應(yīng)用。然而，陶瓷基板成本高昂，且脆性大，不易加工。

• 紙基板（如XPC、FR-1）： 早期使用的廉價基材，主要由紙漿和酚醛樹脂制成。其電氣性能、機械強度和耐熱性遠(yuǎn)不如FR-4，且吸濕性高。目前主要用于一些低成本、對性能要求不高的消費電子產(chǎn)品。

二、導(dǎo)電材料：電路的血管

導(dǎo)電材料是PCB上構(gòu)建電氣連接和信號傳輸路徑的基礎(chǔ)。銅是目前PCB中最主要、幾乎是唯一的導(dǎo)電材料。

2.1 電解銅箔（Electrolytic Copper Foil, ECF）：主流選擇

電解銅箔是通過電解沉積工藝生產(chǎn)的，其特點是具有絨毛狀的粗糙面和光滑面。粗糙面通常與基材的樹脂層結(jié)合，以提供更好的附著力（剝離強度），而光滑面則形成電路走線。

• 生產(chǎn)工藝： 將高純度的銅溶解在硫酸溶液中，形成硫酸銅電解液。然后將電解液注入電解槽，在陰極輥上通過電解作用沉積出銅箔。通過控制電流密度、電解液成分和溫度等參數(shù)，可以精確控制銅箔的厚度（常見的有1/3 oz、1/2 oz、1 oz、2 oz等，即每平方英尺銅的重量，通常對應(yīng)幾微米到幾十微米的厚度）和表面形貌。

• 特性：

• 導(dǎo)電性好： 銅是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，電阻率低。

• 延展性好： 易于蝕刻形成精細(xì)線路。

• 與樹脂結(jié)合力強： 粗糙面與樹脂層形成機械互鎖，提供優(yōu)異的剝離強度。

• 成本相對較低： 適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

• 應(yīng)用： 幾乎所有類型的PCB，包括剛性板、撓性板和剛撓結(jié)合板，都廣泛使用電解銅箔。

2.2 壓延銅箔（Rolled Annealed Copper Foil, RACF）：撓性板的優(yōu)選

壓延銅箔是通過機械壓延和退火工藝生產(chǎn)的。與電解銅箔不同，壓延銅箔的晶粒結(jié)構(gòu)是平行于箔面排列的，因此具有更好的延展性和抗彎曲疲勞性。

• 生產(chǎn)工藝： 將高純度的銅錠通過多道次的冷軋和退火處理，逐漸減薄至所需厚度。退火處理可以消除加工硬化，提高銅箔的柔軟性和韌性。

• 特性：

• 優(yōu)異的柔韌性： 能夠承受反復(fù)彎曲而不斷裂，非常適合動態(tài)彎曲的撓性PCB。

• 更好的尺寸穩(wěn)定性： 尤其在高溫環(huán)境下，其尺寸變化小于電解銅箔。

• 表面光滑： 正反兩面都非常光滑，有利于制作精細(xì)線路，但與基材的結(jié)合力可能需要特殊處理。

• 低粗糙度： 在高頻應(yīng)用中，低粗糙度有助于減少趨膚效應(yīng)帶來的信號損耗。

• 應(yīng)用： 主要用于撓性PCB，特別是那些需要頻繁彎曲或在高頻下工作的撓性電路。

2.3 鍵合銅箔（Bonding Copper Foil）：特殊應(yīng)用

有些情況下，特別是制作HDI（高密度互連）板時，可能使用不帶膠的銅箔與專用樹脂膜進(jìn)行層壓。這種銅箔通常經(jīng)過特殊處理以增強與樹脂的結(jié)合力。

2.4 表面處理：提升可靠性與可焊性

銅的表面容易氧化，氧化后會影響可焊性和導(dǎo)電性。因此，在PCB制造的最后階段，通常會對暴露的銅表面進(jìn)行處理，以保護(hù)銅層，提高可焊性，并為元器件焊接做好準(zhǔn)備。常見的表面處理工藝包括：

• 化學(xué)鍍鎳金（ENIG）： 形成鎳層作為阻擋層，再在其上鍍一層薄金。金層具有優(yōu)異的抗氧化性、導(dǎo)電性和可焊性，是目前最常用的表面處理之一，尤其適用于細(xì)間距器件和BGA封裝。

• OSP（有機可焊性保護(hù)劑）： 在銅表面形成一層有機薄膜，保護(hù)銅不被氧化。OSP成本較低，環(huán)保，但耐熱性不如鎳金，儲存壽命相對較短。

• 沉錫（Immersion Tin）： 在銅表面形成薄錫層。錫層可焊性好，但在儲存和多次熱循環(huán)后可能形成錫須。

• 沉銀（Immersion Silver）： 在銅表面形成薄銀層。銀層導(dǎo)電性好，可焊性優(yōu)異，但容易變色和硫化。

• 鍍金（Hard Gold/Soft Gold）： 主要用于連接器插指（金手指），具有優(yōu)異的耐磨性和導(dǎo)電性。

• 無電解鎳鈀金（ENEPIG）： 介于ENIG和沉金之間，結(jié)合了鎳、鈀、金三層，提供更好的可靠性和更低的成本。

三、粘結(jié)材料：連接多層板的關(guān)鍵

多層PCB通過粘結(jié)材料將各層電路板壓合在一起，形成一個整體。粘結(jié)材料通常是半固化的樹脂片，稱為“半固化片”或“PP片”（Prepreg）。

3.1 半固化片（Prepreg）：多層板的“膠水”

半固化片是由玻璃纖維布浸漬環(huán)氧樹脂（或其他樹脂）后，在特定溫度下進(jìn)行半固化（B-階段）處理而成的片狀材料。它在常溫下是固體，但在高溫高壓下會軟化、流動，然后完全固化，將相鄰的銅箔層和芯板層牢固地粘合在一起。

• 構(gòu)成：

• 玻璃纖維布： 與FR-4基材中的玻璃纖維布類似，提供機械支撐和尺寸穩(wěn)定性。玻璃布的類型（如1080、2116、7628等，代表不同的織法和厚度）會影響半固化片的厚度、樹脂含量和流動性。

• 樹脂： 通常是與基材相匹配的環(huán)氧樹脂體系，也可能是高性能樹脂（如PPE、LCP、聚酰亞胺等），以滿足高頻、高速或其他特殊性能要求。樹脂的含量、流動性和固化特性是關(guān)鍵參數(shù)。樹脂含量通常用百分比表示，會影響半固化片的最終厚度和層壓后的介電性能。

• 分類：

• 按樹脂體系： FR-4型（環(huán)氧樹脂）、高Tg型、無鹵型、高頻型（如PTFE、PPE）、聚酰亞胺型等。

• 按玻璃纖維布類型： 不同的玻璃布型號對應(yīng)不同的厚度和樹脂含量，選擇時需考慮所需的最終層壓板厚度和介電性能。

• 按流膠量： 即樹脂在固化過程中流動的量。不同的流膠量適用于不同的結(jié)構(gòu)，例如，填充盲孔和埋孔需要高流膠量的半固化片。

• 作用：

• 粘合： 將多層板的各個核心板和銅箔層牢固地粘合在一起。

• 絕緣： 在層間提供電氣絕緣。

• 填充： 在層壓過程中，流動的樹脂可以填充預(yù)鉆孔、盲孔和埋孔，保證層間連接的可靠性。

• 層壓工藝： 半固化片在多層板層壓過程中扮演著核心角色。它與內(nèi)部層（已制作好線路的銅箔和基材）和外部銅箔（或帶有銅箔的核心板）堆疊在一起，在高溫（通常170-200°C）和高壓（通常200-400 psi）下進(jìn)行壓合。在壓合過程中，半固化片中的樹脂會熔化、流動，填充所有空隙，然后完全固化，形成堅固的、絕緣的多層結(jié)構(gòu)。壓合參數(shù)的精確控制對于確保層壓質(zhì)量、減少殘余應(yīng)力至關(guān)重要。

四、阻焊油墨：電路的“皮膚”與保護(hù)層

阻焊油墨，也稱阻焊綠油或阻焊劑（Solder Mask），是PCB表面的一層永久性保護(hù)膜。它通常是綠色的（也有藍(lán)色、黑色、白色、紅色等），用于覆蓋除焊盤、測試點和過孔等需要焊接或連接的區(qū)域外的所有銅走線和過孔。

4.1 阻焊油墨的種類與特性

• 液態(tài)光成像阻焊油墨（Liquid Photoimageable Solder Mask, LPI）： 這是目前最主流的阻焊油墨類型。它以液態(tài)形式涂覆在PCB表面，然后通過光刻工藝（曝光、顯影、固化）形成精確的圖形。

• 優(yōu)點： 具有高精度、高分辨率，能夠適應(yīng)細(xì)間距器件的焊接要求；覆蓋性好，可以填充細(xì)小的間隙；生產(chǎn)效率高。

• 應(yīng)用： 幾乎所有的現(xiàn)代PCB都采用LPI阻焊油墨。

• 熱固性油墨： 傳統(tǒng)的阻焊油墨，通過絲網(wǎng)印刷方式涂覆，然后通過加熱固化。

• 優(yōu)點： 成本較低，工藝簡單。

• 缺點： 分辨率和精度較低，不適合細(xì)間距PCB。

• 應(yīng)用： 主要用于一些低成本、對精度要求不高的單面或雙面PCB。

• 干膜阻焊劑： 以薄膜形式附著在PCB表面，然后通過光刻工藝形成圖形。

• 優(yōu)點： 膜厚均勻，分辨率較高。

• 缺點： 成本較高，對貼附工藝要求較高。

• 應(yīng)用： 用于某些特殊要求的精密PCB。

阻焊油墨的關(guān)鍵性能：

• 絕緣性： 必須提供可靠的電氣絕緣，防止相鄰線路短路。

• 耐熱性： 能承受焊接（回流焊、波峰焊）高溫而不開裂、起泡或脫落。

• 耐化學(xué)性： 能抵抗各種化學(xué)溶劑、助焊劑和清洗劑的侵蝕。

• 附著力： 與基材和銅箔的結(jié)合力要強。

• 硬度與耐磨性： 保護(hù)電路免受機械損傷。

• 顏色與視覺特性： 綠色是主流，有助于視覺檢測和減少眩光。其他顏色如黑色、白色則常用于LED照明或美學(xué)要求高的產(chǎn)品。

4.2 阻焊油墨的作用

• 防止短路： 覆蓋在銅走線之間，防止焊錫橋接導(dǎo)致短路，尤其是在細(xì)間距線路和元器件密集區(qū)域。

• 防氧化： 保護(hù)銅表面不被氧化，延長PCB的儲存壽命。

• 提高可焊性： 將焊錫限制在需要焊接的焊盤上，避免焊錫流散。

• 防潮防腐： 提供一層保護(hù)屏障，抵抗?jié)駳?、化學(xué)物質(zhì)和污染物侵蝕。

• 機械保護(hù)： 保護(hù)線路免受物理損傷，如劃傷或碰撞。

• 美觀與標(biāo)識： 提供統(tǒng)一的顏色背景，便于絲印字符的清晰顯示，也有助于板卡的整體美觀。

五、字符油墨（絲印油墨）：PCB的“標(biāo)識”

字符油墨，通常稱為絲印油墨（Legend Ink或Silkscreen Ink），用于在PCB表面印刷各種字符、符號和圖案，如元器件位號、生產(chǎn)日期、公司Logo、防靜電標(biāo)識等。

5.1 字符油墨的種類與特性

• 環(huán)氧樹脂油墨： 最常用的字符油墨，通過絲網(wǎng)印刷涂覆，然后通過UV光固化或熱固化。

• 優(yōu)點： 固化速度快，附著力好，耐磨性強，墨跡清晰。

• 顏色： 白色是最常見的顏色，因為在綠色阻焊層上對比度高，易于識別。也有黑色、黃色等。

• UV固化油墨： 適用于自動化生產(chǎn)線，固化效率高。

字符油墨的關(guān)鍵性能：

• 附著力： 與阻焊層表面結(jié)合牢固，不易脫落。

• 清晰度： 印刷出的字符邊緣清晰，無模糊或重影。

• 耐磨性： 印刷內(nèi)容不易被擦除。

• 耐化學(xué)性： 能抵抗清洗劑等化學(xué)品的侵蝕。

5.2 字符油墨的作用

• 標(biāo)識元器件位置： 方便元器件的識別、定位、裝配和返修。

• 提供生產(chǎn)信息： 如批號、生產(chǎn)日期、UL標(biāo)識、CE標(biāo)識等。

• 輔助測試和維修： 標(biāo)識測試點、跳線位置等。

• 品牌推廣： 印刷公司Logo和產(chǎn)品型號。

六、金屬化孔（PTH）與電鍍材料：層間互聯(lián)的橋梁

多層PCB通過金屬化孔實現(xiàn)不同層之間以及層與外部連接的電氣互連。這個過程涉及一系列精密的化學(xué)電鍍和無電解電鍍工藝。

6.1 無電解銅（Electroless Copper）：孔壁打底

在鉆孔后，孔壁是非導(dǎo)電的基材，需要先在其表面沉積一層薄薄的導(dǎo)電銅層，才能進(jìn)行后續(xù)的電鍍。無電解銅（也稱化學(xué)銅）就是通過化學(xué)反應(yīng)，在非導(dǎo)電的孔壁表面均勻沉積一層薄銅。

• 原理： 在含有銅離子、還原劑（如甲醛）、絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑的溶液中，通過自催化氧化還原反應(yīng)，將銅離子還原成銅金屬并沉積在活化后的孔壁上。

• 作用： 為后續(xù)的電鍍銅提供導(dǎo)電底層，確保整個孔壁都能被均勻地鍍上銅。

6.2 電鍍銅（Electroplated Copper）：形成可靠的導(dǎo)電通道

在無電解銅打底后，通過電解方式在孔壁和表面線路再次增厚銅層，以達(dá)到所需的導(dǎo)電厚度。

• 原理： PCB浸入酸性硫酸銅電鍍液中，以銅片作為陽極，PCB作為陰極，通電后銅離子在陰極（孔壁和線路）上沉積。

• 作用： 形成足夠厚度和強度的金屬化孔壁，確保層間電氣連接的可靠性；同時增厚表面線路，降低電阻，提高載流能力。

• 關(guān)鍵指標(biāo)： 鍍層厚度均勻性、孔內(nèi)鍍層覆蓋性、鍍層延展性（抗熱沖擊能力）。

6.3 電鍍錫/錫鉛（Electroplated Tin/Tin-Lead）：蝕刻保護(hù)與可焊性

在線路圖形化蝕刻之前，通常會在銅層上電鍍一層錫或錫鉛合金作為蝕刻阻劑。這是因為錫/錫鉛對蝕刻液具有抗性，可以保護(hù)下方的銅線路不被腐蝕。在蝕刻完成后，錫/錫鉛層通常會保留在焊盤和孔壁上，提供良好的可焊性。

• 作用：

• 蝕刻阻劑： 保護(hù)線路在蝕刻過程中不被腐蝕。

• 可焊性保護(hù)： 提供良好的可焊性表面。

• 防氧化： 保護(hù)銅層不被氧化。

• 發(fā)展趨勢： 隨著RoHS指令的實施，無鉛化成為趨勢，電鍍純錫或錫銅合金成為主流，以替代傳統(tǒng)的錫鉛合金。

七、輔助材料：優(yōu)化工藝與提升性能

除了上述核心原材料，PCB制造過程中還需要大量輔助材料，它們在生產(chǎn)工藝中發(fā)揮著不可或缺的作用。

7.1 鉆孔耗材

• 鉆頭（Drill Bits）： 用于在基材上鉆出各種孔（導(dǎo)通孔、定位孔等）。通常采用硬質(zhì)合金（如碳化鎢）制成，具有高硬度、耐磨性。鉆頭的直徑、槽型和涂層會影響鉆孔質(zhì)量和壽命。

• 蓋板（Entry Board）和墊板（Back-up Board）： 鉆孔時，在PCB堆疊的頂部和底部放置的輔助板。蓋板用于保護(hù)PCB表面，減少毛刺，提高鉆孔精度；墊板用于吸收鉆穿時的沖擊力，防止鉆頭損傷工作臺，并提供更好的鉆孔質(zhì)量。

• 分板刀具/銑刀： 用于PCB外形加工，如銑邊、銑槽等。

7.2 蝕刻液與顯影液

• 顯影液： 用于溶解光致抗蝕劑中未被曝光或被曝光的區(qū)域，從而在PCB表面形成所需的線路圖形。通常是弱堿性溶液。

• 蝕刻液： 用于腐蝕掉銅箔中不需要的部分，形成電路走線。常見的有堿性蝕刻液（用于線路板）和酸性蝕刻液（用于內(nèi)層線路或精細(xì)線路）。蝕刻液的選擇和控制對于線路的精度和均勻性至關(guān)重要。

• 退膜液/剝錫液： 用于去除蝕刻后的抗蝕劑和錫/錫鉛層。

7.3 表面處理化學(xué)品

• 預(yù)處理劑： 用于在電鍍前清潔和活化銅表面，確保電鍍層的良好附著力。

• 黑化/棕化液： 用于多層板內(nèi)層銅表面的粗化處理，形成一層有機氧化膜，增加層壓時樹脂的粘合力，提高層間結(jié)合強度。

• 化學(xué)鍍鎳金、沉錫、沉銀等溶液： 用于PCB表面處理，提升可焊性和可靠性。

7.4 清洗劑

在PCB制造的各個階段，都需要進(jìn)行清洗，以去除油污、灰塵、殘渣和化學(xué)殘留物，確保后續(xù)工藝的順利進(jìn)行和產(chǎn)品的可靠性。清洗劑種類繁多，包括水性清洗劑、溶劑型清洗劑等。

7.5 防焊膠（Peelable Solder Mask）

一種臨時性的保護(hù)材料，涂布在某些區(qū)域（如連接器邊緣、金手指、測試點等）以防止焊接時被焊錫污染。焊接完成后，可以像撕掉膠帶一樣將其剝離。

八、PCB原材料的發(fā)展趨勢

隨著電子技術(shù)的不斷演進(jìn)，PCB原材料也在持續(xù)創(chuàng)新，以滿足更高性能、更低成本、更環(huán)保的要求。

8.1 高頻高速材料的持續(xù)發(fā)展

• 更低的介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗（Df）： 滿足5G、6G通信、云計算、人工智能等領(lǐng)域?qū)π盘柾暾院蛡鬏斔俣鹊膰?yán)苛要求。

• 更低的粗糙度銅箔： 減少高頻下的趨膚效應(yīng)損耗。

• 更優(yōu)的尺寸穩(wěn)定性： 適應(yīng)更高集成度和更精細(xì)線路的需求。

• 成本優(yōu)化： 在滿足性能的前提下，降低高性能材料的成本，使其更具市場競爭力。

8.2 環(huán)保與綠色制造

• 無鹵材料： 傳統(tǒng)FR-4使用溴化環(huán)氧樹脂作為阻燃劑，但在燃燒時可能釋放有害物質(zhì)。無鹵（Halogen-Free）基材采用磷、氮等化合物作為阻燃劑，符合RoHS、REACH等環(huán)保指令要求，已成為PCB行業(yè)的重要發(fā)展方向。

• 水性油墨與清洗劑： 減少有機揮發(fā)物（VOCs）的排放。

• 可回收材料： 探索PCB材料的回收利用技術(shù)。

8.3 散熱材料與熱管理

• 高導(dǎo)熱基材： 隨著元器件功率密度的增加，PCB的散熱問題日益突出。開發(fā)具有更高導(dǎo)熱系數(shù)的基材（如金屬基板、陶瓷基板以及在有機基材中添加高導(dǎo)熱填料）成為重要方向。

• 嵌入式散熱方案： 通過在PCB內(nèi)部嵌入金屬塊或?qū)崧窂?，提高整體散熱效率。

8.4 柔性與可穿戴材料

• 更薄、更柔韌的基材： 滿足可穿戴設(shè)備、醫(yī)療電子等對輕薄、彎曲能力的需求。

• 可伸縮/彈性PCB： 探索將PCB制作在彈性基材上，使其能夠像皮膚一樣伸縮，應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、柔性機器人等領(lǐng)域。

• 高頻撓性材料： 結(jié)合高頻性能和柔性，應(yīng)用于5G毫米波天線、AR/VR設(shè)備等。

8.5 埋入式/嵌入式技術(shù)

• 埋入式元器件材料： 將電阻、電容等無源器件直接嵌入到PCB內(nèi)部，實現(xiàn)更高集成度、更短連接路徑和更好的電氣性能。這需要特殊的基材和粘結(jié)材料來封裝這些器件。

• 埋入式散熱結(jié)構(gòu)： 將散熱材料或結(jié)構(gòu)埋入PCB內(nèi)部。

8.6 智能與傳感功能集成

• MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感器集成： 將傳感器直接集成到PCB中，實現(xiàn)更小尺寸和更高性能。

• 智能材料： 探索具有自修復(fù)、自感應(yīng)功能的智能材料應(yīng)用于PCB。

九、原材料的選擇與性能考量

選擇合適的PCB原材料是一個復(fù)雜的決策過程，需要綜合考慮以下因素：

• 應(yīng)用領(lǐng)域： 消費電子、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、航空航天、軍事、通信等不同領(lǐng)域?qū)CB的性能要求截然不同。

• 電氣性能： 工作頻率、信號完整性、阻抗控制、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、絕緣電阻。

• 機械性能： 強度、剛度、柔韌性、尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊性、耐疲勞性。

• 熱性能： 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、分解溫度（Td）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、導(dǎo)熱系數(shù)、耐熱沖擊性。

• 環(huán)境適應(yīng)性： 耐濕性、耐化學(xué)性、阻燃性。

• 可靠性： 長期工作穩(wěn)定性、抗老化能力。

• 加工工藝性： 是否易于鉆孔、層壓、蝕刻、表面處理等。

• 成本： 原材料成本、加工成本、綜合成本。

• 供應(yīng)鏈與可獲取性： 材料的供應(yīng)穩(wěn)定性、廠商的技術(shù)支持。

• 環(huán)保法規(guī)： 是否符合RoHS、REACH等環(huán)保指令。

總結(jié)而言， PCB的原材料是其性能的基石。從作為骨架和絕緣核心的基材，到構(gòu)建電氣連接的導(dǎo)電銅箔，再到連接各層的粘結(jié)材料，以及保護(hù)和標(biāo)識電路的油墨，每一種材料都在PCB中扮演著不可或缺的角色。隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，對PCB性能的要求不斷提高，這驅(qū)動著原材料供應(yīng)商持續(xù)創(chuàng)新，開發(fā)出更先進(jìn)、更環(huán)保、更具成本效益的新材料，共同推動著電子產(chǎn)品向更高性能、更小型化、更智能化和更環(huán)保的方向邁進(jìn)。理解這些原材料的特性及其在PCB制造中的作用，對于設(shè)計、制造和應(yīng)用高性能、高可靠性的電子產(chǎn)品至關(guān)重要。