雖然PCB設計主要依賴經驗證的FR-4基板，但許多設計需要更穩健的溫度或頻率性能，以確保電路最佳性能。在選擇合適的PCB層壓板時，AdvancedPCB（APCB）可以為您提供幫助。表1展示了詳盡的層壓板列表。雖然乍看之下令人不知所措，但每種基材在各自的應用上都有獨特的優勢。在選擇基材之前，了解其對設計的影響非常重要。本教程旨在幫助設計師選擇復合材料，并解釋為什么FR-4的替代品可能更具優勢。

表1：AdvancedPCB提供的層壓板列表。

FR-4

50多年來，FR-4層壓板一直是PCB制造的首選材料。由于FR-4的熱性能、尺寸穩定性和具有競爭力的價格，它成為早期G10和FR-5同類機型的首選。然而，FR-4 可能不適合需要更好熱性能或高頻性能的電路，或兩者兼有。

射頻

高頻電路板，如衛星、基站、蜂窩或雷達發射接收機，在不同頻段表現不同——例如介電常數（Dk）、耗散因子（Df）以及Dk對頻率和溫度的穩定性。在10 GHz時，典型的Df值為~.020，Dk值在3.8至4.8之間，使用標準FR4板時，PCB頻率上升時損耗會大幅增加。這將是不可接受的性能下降，需要定制介質，以減少高頻下耗散射頻能量。高頻電路依賴精心布置的傳輸線，而非基本的銅線走線;這些傳輸線的橫截面尺寸完整性對于保持恒定阻抗（通常為50 Ω）至關重要。這些電路包括帶狀線、微帶線或接地共面波導（GCPW）;柔性PCB有類似變體，帶有網格地平面以促進基板的靈活性。圖1展示了微帶線的布局和阻抗方程。傳輸線間阻抗的任何變化都會導致不必要的信號反射和損耗（或插入損耗/衰減）。

圖1：微帶傳輸線及其方程。

這些尺寸應盡可能穩定，以保持恒定阻抗或最小化電長隨時間和溫度的變化。為此，應采用熱膨脹系數（CTE）低或與PCB銅導體高度匹配的材料。這樣，當應用環境溫度升高時，介電膨脹不會對設計產生不利影響。

如表2所示，Isola、Rogers和Taconic提供專為射頻和微波應用設計的PCB層壓材料。

表2：射頻應用的APCB層壓板列表。

這些層壓板通常需要不同類型的B級/預預壓片，用于多層設計。常用的層壓板是RO4000系列。它包括RO4350B層壓板，這是一種陶瓷基底的層壓板，可以通過標準的FR4型多層工藝制造，使制造更為簡便。雖然基板作簡便，但損耗遠低于FR4（Df <.00037），如圖2所示。（圖2摘自羅杰斯技術市場經理John Coonrod在PCB007雜志刊登的《電路材料與PCB的高頻損耗》。）

如表所示，聚四氟乙烯（PTFE）或特氟龍是射頻設計中受歡迎的選擇。該介質具有極低的損耗特性（10 GHz時Df ~0.001），使其更適合高頻傳輸線。有不同的配方和層壓板，但在多層結構中較為困難（相比RO4000系列），因為它們通常需要高溫粘結膜或粘合劑。

圖2：使用不同介電材料和共用銅導體的微帶線對頻率的插入損耗。

高速數字

高速數字（HSD）材料也需要低Dk和Df層壓板和預預售價。然而，與可能利用PTFE的高頻射頻和毫米波電路相比，Dk在溫度下通常不那么關鍵。因此，許多高速數字設計也采用RO4000系列，基底為碳氫化合物/陶瓷。先進的FR-4層壓板也是不錯的選擇，包括松下的Megtron 6、Isola FR408HR和Nelco N4000-13ep，因為這些材料的配制比標準FR-4材料具有更低的Df和更穩定的Dk。

如表3所示，通常在玻璃轉變溫度（Tg）為因素時使用改良環氧樹脂。這是材料從剛性玻璃轉變為柔軟橡膠材料的區域;高Tg在高溫下具有剛性且穩定的結構。在HSD設計中，微小的軌跡差會導致差分對之間的時間延遲。因此，強尺寸穩定性至關重要。

表3：APCB用于HSD應用的層壓材料列表。

雖然環氧樹脂是PCB最常用的樹脂系統，HSD電子設備則使用改良環氧樹脂，這些環氧樹脂經過專門配方以保持穩定的Dk和最小的Df，并優化焊錫耐熱性和長期熱老化性能。通過這種方式，客戶可以享受環氧樹脂固有的制造性以及材料的高強度、剛性和耐化學性。環氧樹脂可能導致導電陽極絲（CAF）失效，由于施加的電場作用，在絕緣PCB基板上形成導電通路，使其具有導電性。這通常需要使用抗CAF材料。

聚酰亞胺

聚酰亞胺材料被用于需要更高熱性能的設計，無論電路是否因內置電源設備而過熱，還是在高溫環境下工作。這些材料具有極高的耐高溫能力，Tz可保持在約260°C，分解溫度（Td）超過400°C。 最高工作溫度（MOT）范圍可為140°C至210°C，遠高于FR-4的MOT約為130°C。 該材料經過優化以控制CTE，具有低z軸CTE，因此尺寸穩定性最佳。

Flex Board 聚酰亞胺：Pyralux AP

聚酰亞胺薄膜是柔性和剛性柔性板材拓撲的首選，如圖3所示，這些拓撲包括：

1. 覆衣或覆層

2. 銅包層材料作為基材

3. 粘合膠合板和膠水（或預售）

4. 剛性層壓板

覆蓋層和粘合膠合板材料都使用聚酰亞胺薄膜，緩沖板體同時與板材本身彎曲，而粘合層則固定在銅線上。聚酰亞胺基板的熱穩定性促進了整個PCB堆疊過程中的穩定性和走線保護，無論其彎曲如何。

圖3：3型柔性板的橫斷面圖。

結論

為了更好地定制PCB層壓板以適應不同應用，可以調整多個因素。例如，較高的Tg確保材料在高溫下對CTE控制更強，在極高溫下變形更少。其他材料可以配制以降低Df并提供穩定的Dk，以確保基底在頻率上提供可靠的阻抗。根據應用情況，咨詢第三方制造商，了解所用材料在成本、制造時間或性能方面的限制。