全面解析 PCB 板材:教你如何科学选择

作者:硬姐发布时间:2025-10-21

作为一名合格PCB设计工程师,需要掌握设计软件、电子元器件、关键信号、板材、SI、PI、EMC等知识。

PCB常用板材

纸基板

纸基板全称为酚醛 PCB 纸基板,以纸浆、木浆为原料(主要成分为木浆纤维纸),经酚醛树脂加压复合制成,是 PCB 领域常用基础基材。

它多用于单面板制作,优势为成本低、价格亲民、相对密度小、支持冲孔加工,广泛应用于 LED 灯电源模块等低端电源板。

常见型号有 XPC、FR-1、FR-2、PE-3、94V0、94HB 等,因主要成分为纸,多数型号不防火;其94V0 是特殊阻燃纸板,具备防火性能,选型时需区分防火差异,避免安全隐患。

复合 PCB 基板

复合 PCB 基板行业内常称 “粉板”,是兼具性能与性价比的 PCB 基材。以木浆 / 棉浆纤维纸为核心增强材料,搭配玻璃纤维布作表层增强,经阻燃环氧树脂复合加工制成。

其产品类型主要有单面半玻纤板(如 22F)、CEM-1 及双面半玻纤板 CEM-3,其中 CEM-1、CEM-3 应用最广。二者适配单 / 双面 PCB 制作,依托阻燃性能,在需平衡强度、绝缘性与成本的场景中常用,适用于中低端至中端 PCB 产品制造。

FR-4

FR-4 即阻燃型 4 级 PCB 基板,别称有环氧板、玻纤板等,以玻璃纤维布为增强材料、环氧树脂为粘合剂制成,占据普通 PCB 市场绝大部分份额,是应用最广的 PCB 基材之一。

它工作温度较高、受环境影响小、稳定性好,广泛用于双面 PCB,常用厚度 1.6MM;但价格比复合 PCB 基板高,成本敏感项目需留意。其适用范围广,可制作电源板、高层线路板,也用于计算机及外围设备、通讯设备等领域。

介电常数是 FR-4 的关键参数,通常在 3.8-4.7 之间,行业默认取 4,这也是 “FR-4” 中 “4” 的由来。介电常数为 4 时,信号传播速度是光速的一半,与高速电路中 6mil/ps 的信号传播速度基本相等,为高速电路设计提供参考。

高温板

高温板与 “高 TG 值(玻璃化转变温度)” 紧密相关,TG 值即其能承受的最高工作温度。它以聚酰亚胺为核心材料,可耐 300°C 高温,且化学稳定性强,适用于高温环境下的电子元器件制造。

但因特殊工艺与原料成本高,高温板整体价格昂贵,主要应用于军工、航空、航天等对耐高温、抗恶劣环境有严苛要求的高端领域。

需注意,不同基板 TG 值差异大:普通 FR-4 板 TG 值约 130,最高工作温度 130°C 左右,仅适常规环境;高温板则专为极端高温场景设计。

 

陶瓷板

以陶瓷为核心材质,具备三大关键优势:极高的绝缘性能,可隔绝电流干扰;优异的化学稳定性,能长期维持性能;且能承受高频、高功率电信号,保障传输可靠,这使其成为高频电子设备的优质基材。

其主要应用于对基材性能要求严苛的领域,如无线通信设备(高端通信模块)、雷达系统(核心电路)及微波设备等,为设备高效运行提供重要保障。

金属基板

金属基板以高导热为核心特点,铝基板是最常见类型。铝基板由铝基材料与绝缘层组成,导热性能优异且可靠性高,是其广泛应用的关键。

其适用高功率、高温场景及高密度布局,典型应用如 LED 灯(照明、显示等)、功放、电源电路等需散热的电子产品。

金属基板整体结构为电路层直接铺于金属基材上,基材除铝基外,还有铜基、钨基等,散热性能突出;但布局有局限,一般仅限单层布局与走线,仅适用于走线较少的场景,无法用于多层板,通常通过大面积暴露金属实现散热。

FPC板

即柔性线路板(Flexible Printed Circuit),又称软板,以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材,具备配线密、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点,还拥有高柔韧性与耐腐蚀性。

它适用于复杂形状电路及对空间、重量要求高的场景,常见于手机、平板电脑等移动设备;但机械强度低,不适用高功率电路。其生产工艺与 PCB(硬板)不同,线路需逐层刷胶,外形需制夹具,且层数可为奇数(如 5 层),而 PCB 不可。

PCB 基材选择需平衡性能、可靠性与成本。如今电子技术发展推动新型基材涌现,如适配更高频率的改性液晶聚合物、热管理能力更优的复合基材。了解各类基材特性并依需求选择,是设计高性能、高可靠性电子产品的基础,如同建筑需坚实地基,优质电子设计始于合适的 PCB 基材。

如何选择PCB板材?

PCB 板材选择核心原则

  1. 匹配应用场景需求
  • 低端低成本场景(如 LED 电源)选纸基板;
  • 中低端单 / 双面 PCB 选复合基板(CEM-1/CEM-3);
  • 常规通用场景(通讯、计算机)选 FR-4;
  • 高温环境(军工 / 航空)选高温板;
  • 高频信号(5G / 雷达)选高频板;
  • 高功率需散热选金属基板(如铝基板);
  • 空间有限、需弯折选 FPC。
  1. 平衡性能与成本

高性能板材(如高温板、高频板、陶瓷板)虽能满足严苛需求,但成本显著高于常规板材,需避免 “性能过剩”—— 如普通消费电子无需选用军工级高温板,常规信号传输无需高频板。

  1. 关注关键技术参数
  • 温度:参考 TG 值(高温板)、最高工作温度(如 FR-4 约 130°C,高温板达 300°C);
  • 信号特性:高频场景关注介电常数(Dk)、损耗因子(Df);
  • 结构需求:多层板选 FR-4,单层散热选金属基板,弯折选 FPC;

 

另外,选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的PCB 板子(大于GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4 材质,在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不合用。就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。

具体来说,选择合适的PCB板材主要考虑以下因素:
1、可制造性
比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)、防火等级。
2、与产品匹配的各种性能(电气、性能稳定性等)
低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。
3、材料的可及时获得性
很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料。
4、成本因素Cost
看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、军工类的应用。
5、法律法规的适用性等
要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。