在談?wù)摷夹g(shù)世界時(shí)，我們經(jīng)常關(guān)注電路和組件提供的性能，以跟上我們?cè)谏虡I(yè)業(yè)務(wù)和日常生活中使用的快節(jié)奏電子設(shè)備的速度。我們正在實(shí)現(xiàn)更高的處理器速度和頻率，這在當(dāng)前的印刷電路板（PCB）上變得越來(lái)越苛刻。然而，我們還需要關(guān)注可能影響PCB設(shè)計(jì)的應(yīng)用規(guī)模。

設(shè)備變得越來(lái)越小，輕便和便攜。從超薄手機(jī)到可穿戴設(shè)備（如智能手表），這些產(chǎn)品都需要微電子制造能力與標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝技術(shù)（SMT）相結(jié)合，以創(chuàng)建能夠可靠地滿足更高性能要求的PCB，而不會(huì)因PCB造成的操作限制較小的尺寸。SMT和微電子制造的合并也稱為混合PCB制造。

什么是混合PCB？

混合PCB涉及使用不同的材料而不是一種材料來(lái)創(chuàng)建襯底核心層以及介電層。使用不同材料的目的是嘗試將所有正極材料帶入PCB制造過(guò)程中（例如，更高的信號(hào)性能，更穩(wěn)定的介電常數(shù)和良好的電氣強(qiáng)度），同時(shí)減少一種材料可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。通過(guò)使用具有更好的熱膨脹系數(shù)（CTE）率的異種材料來(lái)實(shí)現(xiàn)（例如，較差的傳熱能力）。

混合PCB可以使用哪種類型的材料？

當(dāng)談?wù)摬煌牟牧蠒r(shí)，它們可能是放在同一PCB上的兩個(gè)完全不同的層壓板，例如FR-4和PTFE。這些層也可以由同一材料系列中的不同層壓板組成，例如Rogers Corporation提供的陶瓷填充的PTFE層壓層壓3000系列，因?yàn)橹圃焐虒?duì)材料的配方進(jìn)行微小的更改以創(chuàng)建各種介電常數(shù)率和耗散因數(shù)，因此該材料可用于特定應(yīng)用。

用于混合印刷電路板的異種材料的類型將取決于應(yīng)用程序的用途，其電源需求，環(huán)境因素以及其他設(shè)計(jì)方面。常用的材料類型包括：

FR-4

阻燃劑4（FR-4）是增強(qiáng)的玻璃環(huán)氧樹(shù)脂，在整個(gè)PCB行業(yè)中都是標(biāo)準(zhǔn)的。由于它的低成本，高介電強(qiáng)度和良好的電絕緣性，因此非常需要它，因?yàn)樗€具有耐熱性和防潮性，因此可以在廣泛的應(yīng)用中使用。但是，有一些挫折使它們不適用于高數(shù)字電路或正在開(kāi)發(fā)的較新的更高頻率（第五代或5G無(wú)線通信）。它在微波頻率下會(huì)遭受較高的介電損耗。

聚四氟乙烯

聚四氟乙烯（PTFE），也稱為聚四氟乙烯，是機(jī)織玻璃纖維/陶瓷填充塑料，在開(kāi)發(fā)高速PCB時(shí)可以替代FR-4層壓板。它們的介電常數(shù)比約為3.5或更低，使其成為要求低信號(hào)損耗和更好的阻抗控制的高頻應(yīng)用的理想選擇。PTFE還具有較高的機(jī)械穩(wěn)定性，因此也可用于承受較高溫度的應(yīng)用。PTFE的缺點(diǎn)是它的價(jià)格比FR-4高，盡管它具有溫度穩(wěn)定性，但在較高溫度下會(huì)遭受介電損耗，并且由于是較軟的材料而導(dǎo)致尺寸變化。

聚酰亞胺

當(dāng)聚酰亞胺用于剛性-柔性和柔性PCB時(shí)，我們經(jīng)常談?wù)撍?。然而，這種柔性聚合物薄膜也可以很好地用于混合，多層PCB應(yīng)用。該材料具有很高的耐化學(xué)性，在很寬的溫度范圍內(nèi)都能很好地工作，并具有良好的電性能。聚酰亞胺層壓板柔軟而輕巧，使其適合便攜式應(yīng)用。聚酰亞胺層壓板的主要缺點(diǎn)之一是成本，因?yàn)樗鼈儽?/span>FR-4和PTFE更昂貴。

為什么要使用不同的材料進(jìn)行混合設(shè)計(jì)？

使用不同材料制造多層PCB的主要原因是通過(guò)將某些層壓板與其他層壓板提供的優(yōu)異特性相結(jié)合，來(lái)限制某些層壓板中較差的機(jī)械和結(jié)構(gòu)性能。例如，PTFE具有出色的電氣特性，但在某些溫度下仍會(huì)遇到結(jié)構(gòu)完整性問(wèn)題。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，制造商可以將聚酰亞胺結(jié)合到這些層中，因?yàn)樗哂懈玫臋C(jī)械性能。

使用多種材料組合的另一個(gè)原因是在降低成本的同時(shí)仍在必要時(shí)獲得必要的高性能。FR-4和PTFE通常會(huì)與混合設(shè)計(jì)結(jié)合使用。低成本的優(yōu)勢(shì)使FR-4可以為低速應(yīng)用提供足夠的優(yōu)勢(shì)，而PTFE將用于更關(guān)鍵的PCB功能。此外，FR-4可用于平整層壓板的厚度問(wèn)題?？梢栽谀承┑胤教砑铀鳛槟z水，將所有東西固定在一起，并提供更均勻的印刷電路板。

設(shè)計(jì)混合PCB時(shí)應(yīng)了解的問(wèn)題

在嘗試提供既能提供所有優(yōu)勢(shì)又能降低潛在成本的多層PCB時(shí)，在設(shè)計(jì)階段選擇材料時(shí)必須考慮幾個(gè)重要因素。每個(gè)層壓板（FR-4，FTPE和聚酰亞胺）的CTE值都不同。該值表示層壓材料在不同溫度下將經(jīng)歷的尺寸變化量。當(dāng)沿著PCB的熱量增加時(shí)，如果CTE比率很高，則材料會(huì)膨脹。太大的膨脹會(huì)導(dǎo)致PCB層壓板翹曲，更快分解或分離。

對(duì)于多層混合PCB，層分離是必須解決的主要問(wèn)題。由于制造商將使用具有不同CTE速率的不同材料，因此一種材料可能會(huì)在溫度變化時(shí)膨脹，而另一種材料會(huì)收縮或變化很小。因此，各層分離。基材上的銅界面也會(huì)發(fā)生分層。層壓板開(kāi)始剝離。了解材料分層的時(shí)間對(duì)于處理應(yīng)用程序中的主要溫度波動(dòng)至關(guān)重要，這樣就可以解決這些問(wèn)題。

設(shè)計(jì)混合印刷電路板時(shí)的另一個(gè)重要問(wèn)題涉及堆疊過(guò)程。為了滿足指定的整體厚度要求，同時(shí)又不影響所需的頻率，必須為每個(gè)面板和每塊提供合適的PCB厚度。然而，將用于混合式PCB的粘合劑系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所使用的材料而有所不同。提供適當(dāng)?shù)慕^緣量可以確保PCB的厚度正確，因?yàn)橥ǔ?huì)使用無(wú)流動(dòng)的FR-4預(yù)浸料。但是，添加的材料可能會(huì)使PCB對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言太厚。

最后，并非每個(gè)公司都具備創(chuàng)建混合PCB的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)。PCB制造商的工藝可能會(huì)有所不同，并且可能會(huì)與特定的材料或電路板應(yīng)用（例如剛性撓性或柔性PCB）一起使用。此外，制造商將需要意識(shí)到在蝕刻多層PCB時(shí)發(fā)生的特定問(wèn)題，例如蝕刻掉銅時(shí)的材料收縮（收縮），這可能會(huì)影響層壓板的制造過(guò)程。

在設(shè)計(jì)概念的早期階段與制造商交談可以使他們了解您的應(yīng)用程序需求，因?yàn)樗麄兛梢越ㄗh可以使用的材料類型。此外，您可以了解有關(guān)制造商的功能和機(jī)器流程的更多信息，以了解它們是否適合您的PCB項(xiàng)目。

什么時(shí)候應(yīng)該使用混合式PCB？

選擇合適的時(shí)間來(lái)構(gòu)建混合PCB將主要取決于應(yīng)用程序的功能，將出現(xiàn)的溫度，PCB頻率的類型以及成本?；旌蠘?gòu)建的重要方面之一是，當(dāng)您開(kāi)發(fā)具有所有所需電氣和機(jī)械特性的PCB時(shí)，它可以讓您擴(kuò)展自己的創(chuàng)造力，從而可以提供更適合定制的定制PCB為應(yīng)用程序。

同樣，成本因素將在混合設(shè)計(jì)中起重要作用。尋求較低的PCB成本可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量較低的電路板無(wú)法實(shí)現(xiàn)其所需功能。僅使用一種類型的PCB層壓板時(shí)，通常會(huì)發(fā)生此問(wèn)題。相反，您可以獲得在不需要較高功能或頻率的地方使用較便宜的材料的成本優(yōu)勢(shì)，并在PCB的特定部分添加少量的較高成本的材料，以提高機(jī)械，電氣和熱性能。 。