了解 PCB 使用的材料：選擇、類型與重要性
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印刷電路板（PCB）是現代電子產品中不可或缺的元件。這些電路板連接並支撐電子元件，為電信號與電力的傳輸提供穩定的平台。典型的 PCB 由多層材料壓合而成，形成單一結構。
PCB 是電子製造流程中的關鍵一環，從消費性電子到汽車與航太應用皆可見其蹤影，對電子裝置的正常運作至關重要。
PCB 使用的材料種類
1. 基板
基板是 PCB 的基礎材料，作為其他材料沉積的基底。常見基板為玻璃纖維強化環氧樹脂，亦稱 FR-4。其他類型包括 CEM-1、CEM-3、聚醯亞胺（PI）與 Rogers。選擇基板時需考量工作溫度、介電強度與成本等需求。
挑選基板的常見指標包括：
- 介電常數：介電常數衡量基板儲存電能的能力。數值過高可能導致訊號損失與干擾。
- Tg（玻璃轉移溫度）：Tg 是基板由硬質轉為柔軟的溫度。高 Tg 適用於汽車與航太等高溫環境。
- CTE（熱膨脹係數）：CTE 表示基板隨溫度變化而膨脹或收縮的程度。低 CTE 有助於在寬溫範圍內保持尺寸穩定。
- 吸濕性：吸濕基板可能在組裝與運作時出現分層等問題，因此低吸濕性為大多數應用所偏好。
2. 銅箔
銅箔用於在 PCB 表面形成導電線路，分為壓延銅箔與電解銅箔兩種。選擇依據包括厚度、純度與表面粗糙度。
- 厚度：厚度決定線路的載流能力，高電流應用需使用較厚銅箔。
- 純度：高純度銅箔導電性更佳，與基板附著力也更好。
- 表面粗糙度：表面粗糙度影響防焊漆附著力與焊點品質。
3. 防焊漆
防焊漆是塗佈於 PCB 表面的保護層，可防止焊接過程中產生焊橋等缺陷。常見類型有液態感光防焊漆（LPI）、乾膜防焊漆（DFSM）與熱固化防焊漆（TCS）。選擇時需考量耐化學性、附著力與絕緣阻抗。
- 耐化學性：防焊漆必須耐受 PCB 組裝過程中使用的化學品。
- 附著力：需與基板及銅箔良好附著，避免分層。
- 絕緣阻抗：必須提供足夠絕緣，防止線路間短路。
4. 絲印
絲印用於在 PCB 表面印刷文字與圖形，通常分為兩類：
元件絲印：用於印刷參考位號、元件外框等，方便辨識元件，通常以白或黑色油墨印於元件面。
圖例絲印：用於印刷板名、公司標誌等額外資訊，通常以白或黑色油墨印於焊錫面。
- 易讀性：在各種光線與角度下皆須清晰可辨。
- 耐用性：須能承受組裝與運作過程中的磨損。
5. 膠黏劑
膠黏劑用於將 PCB 各層黏合在一起，常見類型為環氧樹脂與丙烯酸膠。選擇時需考量熱穩定性與耐化學性。
- 熱穩定性：須在寬廣溫度範圍內維持黏結強度。
- 耐化學性：須耐受 PCB 組裝過程中的化學品。
- 防潮性：須能防潮，避免分層等問題。
選材時常需在多種特性間取捨。例如高 Tg 基板 CTE 較低，但價格也較高；高純度銅箔導電性佳，但成本亦隨之上升。最終須依 PCB 的特定需求平衡各項性能。
PCB 基板種類
FR-4 基板
FR-4 基板是最常見的 PCB 基板，由玻璃纖維布與環氧樹脂組成，具備優異的電氣特性（低介電常數、高絕緣阻抗）與高 Tg，適合高溫環境，且成本低廉、取得容易。
聚醯亞胺（PI）基板
聚醯亞胺基板具更高 Tg，適用於航太與工業電子等高溫環境，且具柔性，可用於軟板。但價格高於 FR-4，吸濕率也較高。
Rogers 基板
Rogers 基板為高頻應用設計，具低介電常數與低損耗因子，可減少訊號損失，但價格高於 FR-4，Tg 較低。
PCB 銅箔種類
壓延銅箔
壓延銅箔經輥壓製成，較電解銅箔薄且表面平滑，適用於細線路與高頻電路。
電解銅箔
電解銅箔以電鍍方式沉積而成，較厚且表面粗糙，載流能力高，適用於電源與大電流電路。
PCB 防焊漆種類
以下為三種最常見的防焊漆：
液態感光防焊漆（LPI）
LPI 為液態材料，塗佈後以 UV 光經底片曝光，未曝光區經顯影去除。LPI 解析度高、附著力佳且色彩選擇多，但成本較高，高頻應用可能影響訊號完整性。
乾膜防焊漆（DFSM）
DFSM 為乾膜形式，先熱壓於板面再曝光顯影。成本低、操作簡便，但精度略低於 LPI，表面較粗糙。
熱固化防焊漆（TCS）
TCS 為液態，經加熱固化，可耐 300°C 高溫，耐化學性與附著力優異，但製程較繁瑣。
PCB 膠黏劑種類
以下為三種最常見的膠黏劑：
環氧樹脂膠
環氧樹脂膠附著力與熱穩定性佳，耐化學與防潮，適合高溫與嚴苛環境，通常以熱固化。
丙烯酸膠
丙烯酸膠耐化學、抗 UV 與防潮，適合戶外應用，亦以熱固化。
聚氨酯膠
聚氨酯膠黏結強度高且富彈性，常用於軟板及其他需彎曲的應用，同時耐化學與防潮。
結論
隨著技術演進，對更小、更快、更強大電子裝置的需求將持續推動 PCB 新材料與新技術的發展。材料選擇在設計與製造中的重要性日益提升，設計者與製造商必須緊跟材料科學的最新進展。
總之，PCB 選材是設計與製造的關鍵步驟，必須依特定需求在不同特性間取得平衡。選用高品質材料，加上縝密的設計與製程，將使 PCB 可靠、高效且長壽。
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