2.1.4 评估PCB基材质量的相关参数
评估PCB基材质量的相关参数主要分为热性能参数、电气性能参数和物理性能参数。
热性能参数：玻璃化转变温度（Tg）、热膨胀系数（CTE）、热分解温度（Td）、热分层时间。
电气性能参数：介电常数、介质损耗角正切值、抗电强度、表面绝缘电阻、体积电阻率、耐电弧性能。
物理性能参数：热导率、剥离强度、吸水率、燃烧性、耐离子迁移性等。
1．热性能参数
（1）玻璃化转变温度（Glass-transition Temperature，Tg）
在无定形材料内或部分结晶材料的无定形域内，材料由黏流态或橡胶态转变成坚硬状态（或反之）的一种物理变化称为玻璃化转变。玻璃化转变通常发生在一个相对小的温度范围内，该温度范围内的中点处温度被称为玻璃化转变温度（Tg）。
Tg过低，高温下会使PCB变形，损坏元器件。选择基板材料时，对Tg的一般要求：
①Tg应高于电路工作温度。
②无铅工艺要求高Tg（Tg≥170℃）。航天热风再流焊用印制板宜优选Tg≥170℃的材料。
③过高的Tg会对加工带来影响，也会影响材料的耐离子迁移性能，选材时需慎重。
（2）热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion，CTE）
CTE可定量描述材料受热后膨胀的程度。
CTE定义：环境温度每升高1℃，单位长度的材料所伸长的长度，单位为10-6/℃。
计算公式：
（2-1）
式中，al为热膨胀系数；l0为升温前原始长度；∆l为升温后伸长的长度；∆T为温差。
SMT要求低CTE。无铅焊接由于焊接温度高，要求PCB材料具有更低的热膨胀系数。特别是多层PCB，其Z方向的CTE对金属化孔的镀层耐焊接性影响很大。尤其在多次焊接或返修时，经过多次膨胀、收缩，会造成金属化孔镀层断裂，如图2-2所示。
图2-2 金属化孔镀层断裂
一般FR-4板材Z方向的al≤60×10-6/℃，低热膨胀系数板材Z方向的al≤50×10-6/℃，较好的热膨胀系数板材Z方向的al为30×10-6/℃～40×10-6/℃。
（3）热分解温度（Temperature of Thermal Decomposition，Td）
Td是基材中树脂材料受热分解，当材料质量损失5%时的最高温度。在此温度下，材料的一些物理、化学性能降低，产生不可逆的变化。图2-3是两种Tg都是175℃的FR-4，Td不同。图2-4是超过Td损坏层压基板结构示例。对于FR-4板材，热质量损失5%时的Td≥340℃。随着无铅焊接工艺的大力发展，由于焊接温度的提高和再流焊时间的加长，该项技术指标能反映出基材的耐焊接程度，越来越被印制板用户重视。
图2-3 两种Tg=175℃的FR-4，Td不同
图2-4 超过Td损坏层压基板结构示例
（4）热分层时间
热分层时间是印制板基材耐浸焊性能指标，指材料在规定的焊料温度下和规定的时间内焊接，基材不出现分层、起泡等破坏现象的时间。焊接温度越高，在高温下停留时间越长，越容易加大印制板基材的热膨胀和分层的可能性。因此选择基板材料一般要求：
①有铅焊接时，一般型FR-4的SMB：t260℃≥10s。
②无铅焊接要求更高的耐热性：t260℃>30min，t288℃>5min，t300℃>2min。
③Tg为170℃以上的板材：t288℃>15min。
2．电气性能参数
（1）介电常数（Dk或ε）
介电常数是基材影响高频、高速电路用印制板阻抗特性的重要特性参数，与信号传输速率有关，数值越大，信号传输速率就越小。通常，介电常数小的基材，介质损耗也小，因此一般要求SMB基材的ε<2.5。
（2）介质损耗角正切值
介质损耗角正切值tanδ又称损耗因子或介电损耗（Df），tanδ越大，介质损耗越大，频率越高，损耗越大。通常要求SMB基材的tanδ<0.02。tanδ偏大，会引起基板发热，高频损耗增大。
（3）抗电强度
相邻两导体间距为1mm时，在正常大气条件下，抗电强度应不小于1300V。
（4）表面绝缘电阻
正常大气条件下，表面绝缘电阻不小于104MΩ；高温下（125±2℃），表面绝缘电阻不小于103MΩ。
（5）体积电阻率
要求大于103MΩ·cm。
（6）耐电弧性能
要求大于60s。
3．物理性能参数
（1）热导率
热导率又称导热系数，反映物质的热传导能力。基材的热导率越高，相同导体横截面积和相同电流下导体的升温越小。普通0.8mm厚FR-4基材的热导率是0.33W/（m·K）。
（2）剥离强度
将单位宽度的铜箔从基材上拉起所需最小垂直于板面的力被称为剥离强度。在正常大气条件下，剥离强度应不小于13N/cm。在相同条件下，铜箔较厚的基材剥离强度大于铜箔较薄基材的剥离强度。
（3）吸水率
温度为85℃，相对湿度为85%RH，时间为168h，要求吸水率小于0.8％。
（4）燃烧性
一般根据需求，应优选达到UL标准（美国保险商试验室标准）中规定的垂直燃烧法试验的燃烧性能要求V级的阻燃型板（又称V0板）。一般常用的为FR-4等级的板子。
（5）耐离子迁移性（CAF）
耐离子迁移性是绝缘基材在电场作用下能够承受电化学绝缘破坏的能力，主要表现形式为导电的离子在材料内部沿玻璃纤维迁移。吸水率小的材料有利于减小CAF。