电路板FR-4基材及可制造性

深圳速成兴电路板，单位多品种，快交付的原则。

全球客户达1.6万家。

从加工各类PCB样板中小批量的综合试验。

对FR-4的选料做出以下解析。

常用电路板当中。

材料选择将是一个产品的定性选择。

1：消费类常规FR-4 TG-135，材料品牌（生益、建滔、联茂）
2：工业类中级FR-4 TG-150，材料品牌（生益、联茂）
3：医疗器械特级FR-4 TG-170，材料品牌（生益、联茂）
4：航空、石油高级FR-4 TG-250，材料品牌（生益）
1.1 FR-4
项目推荐板材型号/厂商说明
普通TG的FR-4 S1141/生益科技TG值140℃，可以满足普通民用、工业用途PCB需求
高TG的FR-4 IT-180A/联茂电子TG值175℃，可以满足普通民用、工业、军用等行业的PCB需求
普通TG无卤素FR-4 S1155/生益科技TG值140℃，无卤素，根据产品的环保要求选用
高TG无卤素FR-4 S1165/生益科技TG值170℃，无卤素，根据产品的用途及环保要求选用
以上板材的PCB成本顺序为：S1141＜IT180A＜S1155＜S1165.
当然，市面上还有很多种型号的FR-4，以上推荐的板材，necpcb技术中心经过长达数年的评估而最终得出的性价比最好的型号。

其中S1141在普通TG的FR-4中，可以说是性能表现最好的；IT180A在普通高TG的FR-4性能对比中表现优异，可以替代S1170、S1000-2、FR406、PCL-370HR、N4000-6等板材。

生益科技和联茂电子是单位供应链的战略合作伙伴，优先保证necpcb的板材需求，无供货风险，交期短。

1.2 高频板材
根据对材料的介电常数、介电常数稳定性、介质损耗的特殊需求选用高频板材。

世界三大高频板材供应商为ROGERS、TACONIC、ARLON，此外还有Neclo、Panasonic等公司也生产高频板材，国内厂商有泰州旺灵、咸阳704厂等。

高频板材按其树脂类型可分为两类：陶瓷粉填充热固性树脂板材（通常称为非PTFE板材）、PTFE板材。

非PTFE板材有RO4350B、RO4003C、25FR、25N共四种，板材成本基本相当，RO4350B和RO4003C就稍微贵一些，但可加工性好一些。

以下是这四种板材的各种参数：板材型号介电常数
（Er/10GHZ）CTEr
（IPC-TM-650-2..5.5.5）介质损耗（Df/10GHZ）
RO4350B 3.48±0.05 50PPM/℃（-100℃-250℃）0.0037
RO4003C 3.38±0.05 40PPM/℃（-100℃-250℃）0.0027
25FR 3.58 50PPM/℃（-10℃-140℃）0.0035
25N 3.38 -87PPM/℃（-10℃-140℃）0.0025
PTFE板材型号很多，介电常数有很多种（2.2-10.0），可根据需求进行选择。

与非PTFE板
材相比，PTFE板材的介电常数更为稳定，介质损耗更小（最小可达0.0009），价格也更贵。

以下是各种较为常用的PTFE高频板材型号及性能指标。

厂家型号介电常数介质损耗
ROGERS RO3003 3.0±0.04 0.0013
RO3006 6.15±0.15 0.0025
R03010 10.2±0.30 0.0035
RT5880
TACONIC RF-35 TLF-35 RF-60 TLX-8 TLX-9 TL Y-5A ARLON AD255 AD350 Diclad 880
泰兴微波F-4B系列
1.3 金属基板
金属基板主要用在特殊的散热领域，如汽车电子、电源、功放、LED等。

金属基板一般都是单面板，其结构为线路、导热绝缘层、散热金属基，金属基主要有铜基、铝基两大类。

铝基板材主要生产厂商有美国的贝格斯（Bergquist）、英国的莱尔德（Laird），国内也有许多金属基板的制造商，如全宝、丹阳、超顺、贝特斯等，但其在业界口啤不如国外金属基板材料，其特点是价格较低。

根据散热的需求，在设计时可以选择合适的导热系数的铝基板材，导热系数有0.4—3.0W/M.K可供选择。

铜基板主要应用在通信领域的功放模块，美国的TACONIC 公司占有全球大部分市场。

二、线宽
项目铜厚线宽/线距能力设计建议
内层1/3、1/2 OZ 3.0/3.0 mil 4.0/4.0 mil以上
1.0 OZ 3.0/4.0 mil 4.0/4.0 mil以上
2.0 OZ 5.0/5.0 mil 5.5/5.5mil以上
外层1/3 OZ 3.0/3.0 mil 4.0/4.0 mil以上
1/2 OZ 3.5/3.5 mil 4.0/4.0 mil以上
1.0 OZ 4.5/5.0 mil 5.0/5.0 mil以上
线宽公差线宽≤10mil，公差：±1.0mil；线宽＞10mil，公差±10%
三、孔
项目深圳速成兴加工能力设计建议
机械孔直径（成品）A、孔径范围：0.10—6.50mm /
B、PTFE材料最小钻孔：0.25mm 0.30mm以上
C、机械埋盲孔直径≤0.30mm 0.20、0.25mm
D、树脂塞孔成品孔径范围0.1-0.4mm 0.25-0.35mm
孔与板厚的关系A、0.10mm的钻刀，板厚0.60mm 在空间满足布线的情况下，尽量不要设计小孔，小孔会造成成本增加
B、0.15mm的钻刀，板厚1.20mm
C、板厚孔径比最大：16：1（钻刀直径＞0.20）板厚孔径比16：1以下为好
公差要求孔位精度公差（与CAD对比）±3mil 相同网络孔壁最小间距：8mil；
不同网络孔壁最小间距：12mil；
钻孔到导体最小距离（埋盲孔）：9mil；
钻孔到导体最小距离：6mil（≤8层）；
钻孔到导体最小距离：8mil（≤14层）；
钻孔到导体最小距离：9mil（≤28层）；
PTH孔径公差±4mil /
免焊器件（压接孔）孔径公差±2mil /
NPTH孔径公差±2mil /
锥形孔角度公差±10°/
锥形孔孔口直径公差±0.20mm /
四、阻抗
随着对信号传输质量的要求越来越高，越来越多的PCB要求有阻抗控制。

necpcb可制作的阻抗包括单端、差分、共模等类型；小于50Ω的阻抗公差能力为±5Ω；≥50Ω的阻抗公差能力为±5%，但除非有特殊要求，一般建议按照±10%控制。

以下是根据我司的研究，形成的阻抗设计方法，以供参考：
1、软件，SI8000或SI9000；选择不带阻焊的模式进行计算；
2、计算方法：
外层线路阻抗设计值=软件计算值×0.9+3.2；
双面板阻抗设计值=要求值-10；
内层线路阻抗设计值=软件模拟值。

3、影响阻抗值的因素包括线宽线距、线路铜厚、介质层厚度、介质层介电常数等几个因素。

用软件模拟时的计算规则如下：
A、线宽线距
线宽层基铜厚
(um) 上线宽(mil)
(W2) 下线宽(mil)
(W1) 线距（mil）
（S0）
内层18 W0-0.1 W0 S0
35 W0-0.4 W0 S0
70 W0-0.6 W0+0.6 S0-0.6
外层12 W0-0.6 W0+0.6 S0-0.6
18 W0-0.6 W0+0.7 S0-0.7
35 W0-0.9 W0+0.9 S0-0.9
70 W0-1.5 W0+1 S0-1.5
注：W0为设计客户线宽，S0为客户设计线距。

B、铜厚
常规铜厚取值依据基铜不同参考如下数字取值：
基铜铜厚（OZ）0.3OZ 0.5OZ 1OZ 2OZ
基铜铜厚（um）12um 18um 35um 70um
内层铜厚（mil）/ 0.65 1.22 2.56
外层铜厚（mil） 1.8 2.0 2.7 3.8
C、介质层厚度及介电常数
半固化片的参数：
板固化片类型106 1080 3313 2116 7628
理论实际厚度（mm）0.0513 0.0773 0.1034 0.1185 0.1951
介电常数 3.6 3.65 3.85 3.95 4.2
多种半固化片组合的介电常数取其算术值。

如：叠层使用1张7628和2张1080，根据半固化片参数：介电常数取值为=（1×4.2+2×3.65）÷3=3.83。

此5种半固化片最常用的为1080、2116、7628，设计时尽量选用这三种类型。

板材介质层厚度与介电常数(生益及等同材料):
芯板（mm）0.05 0.075 0.10 0.13 0.15 0.18 0.21 0.25 0.36 0.51 0.71 ≥0.8 芯板（Mil） 2 3.0 4 5.1 5.9 7.0 8.27 10 14.5 20 28 ≥31.5
介电常数 3.6 3.65 3.95 3.95 3.65 4.2 3.95 3.95 4.2 4.1 4.2 4.2
特殊板材的介电常数需按照其datasheet的说明。

五、叠层
5.1叠层设计的对称性
对称是指以板的Z向中心为原点，考量两侧是否对称。

叠层的对称包括芯板厚度的对称、板材种类是否一致、铜厚的对称、线路布局的对称，如果不对称会引起板子的翘曲。

按照国际通用的IPC-600G Ⅱ级的要求，PCB的翘曲度0.75%以下，如果叠层不对称会有超过这个翘曲度的风险。

5.2高频板材与FR-4混压的叠层设计
由于高频板材价格较高，为节约成本，在满足信号传输需求的前提下，可以把高频板材和FR-4板材进行混压的设计。

以一个四层板为例，混压的设计比使用纯PTFE材料的PCB成本至少节约20%。

目前混压的设计以四层板居多，L1/2层为高频板材，半固化片和L3/4都是FR-4的材料，在混压设计中使用最多的高频板材是RO4350B和RF-35。

由于材料的CTE 不同，混压的设计必然会产生一定的翘曲度，翘曲度和选择材料的类型、厚度都有的关系。

3、埋盲孔的设计
在有限的空间内，当通孔无法满足布线的需求时，必然要采用埋盲孔的设计。

根据选用BGA 的型号不同，埋盲孔的设计也不同，同一种型号的BGA也会有多种埋盲孔的结构可以选择。

埋盲孔的设计要顾及到叠层的对成性、孔的对称性、压合次数，对称性直接影响到PCB的翘曲度，压合次数关系到PCB的成本和可靠性，目前来看，压合次数在三次以上时，可靠性的风险就很大。

4、板厚的设计
我司可制作的成品板厚范围是0.13-7.0mm，非埋盲孔板的内层最小厚度为0.05mm，埋盲孔板的内层最小厚度为0.13mm。

根据经验，8层以下的板常规厚度为1.0、1.2、1.6mm，我们也建议在设计时板厚向常规厚度靠拢。

在一般情况下，当板厚≤1.0mm时，建议板厚公差要求为±0.10mm；当板厚≥1.0mm时，建议板厚公差要求为±10%。

六、表面工艺
目前我司基本上拥有PCB行业内所有的表面工艺处理类型，以下为各种表面工艺的常规厚度。

表面工艺类型镀层厚度
喷锡（包括有铅和无铅）锡厚2-40um。

镀金（也称为水金、镀软金）正常镍厚3-5um、金厚0.025-0.10um。

沉金（也称化学镍金）正常镍厚3-5um、金厚0.05-0.10um。

化学镍钯金焊接：镍厚3-5um、钯厚：0.05-0.1um；金厚0.03-0.05um。

绑定：镍厚：3-5um；钯厚：0.10-0.15um；金厚0.07-0.15um。

沉银银厚：0.1-0.3um。

沉锡锡厚：≥1.0um。

OSP 膜厚：0.2-0.3um。

金手指正常镍厚：3-5um、金厚：0.76um。

包括普通金手指、长短金手指、分段金手指等。

局部镀硬金金厚：≤2.5um。

根据需求表面工艺可以混合，比如喷锡+金手指，沉金+OSP等。

各种表面工艺有其不同的优
特性有铅喷锡
HASL 无铅喷锡
LF HASL 镀金
FLASH GOLD 沉金
ENIG 化学镍钯金
ENEPIG 沉银
IAg 沉锡
ISn OSP
加工时间短短较长长长较长较长较长
板材选择要求低高低低低低低低
表面平整性差差好好好好好好
最小加工焊盘10mil 10mil 7mil 10mil 10mil 10mil 10mil 7mil
储存时间≥12月≤6月≥12月≥6月≥6月≤3月≤3月≤3月
储存环境要求低低低低低高高高
焊接前烘烤可以可以可以可以可以不建议不建议不可
耐回流次数 6 3 3 6 6 2 3 2
通孔可焊性好良良良良良良上锡不足
焊接可靠性好好→良当心掉油当心黑垫良当心银迁移、爬行腐蚀当心锡须良
加工成本低较低较高最高最高较低较低最低
缺点，对比如下：
七、其他
7.1外形
外形尺寸公差极限能力为±0.10mm，建议按照±0.15mm控制；
外形方式包括铣外形、V-CUT、桥连、邮票孔；
为保证焊接的质量，器件外侧到板边距离要保证在5mm以上，如果没有建议加附边；
7.2阻焊
阻焊颜色有多种多样，最常规的颜色为绿色亮光，次常规的颜色为绿色亚光、蓝色；如果没有特殊需求建议绿色亮光或绿色亚光、蓝色，尽量避免黑色、白色。

尤其是黑色阻焊，由于其油墨本身的特性造成生产时间很长，成本也较高。