第 1 阶段 · 材料结构概念课 · 重点理解

1-02 基材与介质:铜层之间为什么需要绝缘材料

用铜—介质—铜的截面,解释为什么不应相连的铜层需要隔离,以及板材料为什么还要提供支撑。

学习本课前,你需要知道

如果还不熟悉,可以先回看对应基础课。

上一课认识了有宽度、有厚度的 Copper(铜)。这一课只在原来的截面上再搭一层,弄懂:不同铜层为什么不能直接贴在一起?

快速理解 · 需要连接的才应该导通

先看图中上下两层铜。它们分别属于两个不同的 Net(网络),在这里本来不应该直接连接。

如果这两层铜直接接触,就可能形成不需要的导电连接,也就是短路。后果可能是电路功能异常,严重时损坏器件;“都是铜”不等于“都应该接在一起”。

用什么把铜隔开

Dielectric(介质 / 绝缘材料) 在这里负责把铜层隔开。先点击图中的“有介质”:上下两层铜分开,中间加入浅色的绝缘材料。

接着上一课:把两层铜搭起来
截面示意:两层铜原本属于不同网络;加入介质时分开,移除介质并接触时导通 截面 · 两层铜本来不应该相连 上层铜:网络一 介质 · 绝缘 下层铜:网络二 接触处

两层铜直接接触,本来不该相连的网络在这里导通了。点击“有介质”,观察它怎样隔开铜。

原创示意,厚度有意夸大。按钮模拟移除材料并让铜接触,不是只隐藏画面中的图层;隔着空气、没有接触是另一种情况。

铜负责需要的导电连接;介质隔开不应该直接连接的铜层。
我们现在搭出了:铜 → 介质 → 铜。

为什么?深入理解 · 铜与介质到底有什么不同

在相同条件下,铜容易让电荷移动,能用来输送电流。绝缘材料则很难形成这样的导电通路,所以可以放在不该直接相连的铜层之间。

这里说的是正常使用条件下的隔离作用,不是说任何绝缘材料在任何电压下都绝对不会导电。实际材料和厚度要符合产品要求,但本课先不学习选型数值。

“介质”是更广的材料概念。本课只讨论板中用来隔开铜层的固体绝缘材料,不展开其他电气特性。

基材:让这组材料成为一块板

铜箔很薄,不能仅靠它维持整块板的形状。基材是承载铜并构成板体的基础材料;常见板材料把树脂与增强材料结合起来,既能绝缘,也能提供支撑。

“基材”强调承载与结构,“介质”强调电气隔离。同一块板材料可以同时承担这两种作用,并不是一定要找两种完全不同的东西。

因此,PCB(Printed Circuit Board,印制电路板) 是导电材料与绝缘支撑材料组合起来的实体,不是悬在空中的几层铜线。

为什么?深入理解 · 只把两层铜悬空放着不行吗

没有接触的两层铜,不会仅仅因为“看不见固体介质”就必然短路。但实际电路板要能拿取、装配和使用,铜的位置和间距不能靠临时悬放来维持。

固体绝缘材料既把铜隔开,也帮助维持铜层之间的位置与板的形状。图中的按钮因此同时改变“材料是否存在”和“铜是否接触”,不会把隐藏显示效果当作真实电气变化。

以后做 Layout 有什么用 · 把画面想成实物

Layout(布局布线) 软件里不同颜色的铜层,看起来可能叠在同一屏幕位置。那是不同高度的图形一起显示,不表示它们在实物中直接接触;中间还要有符合设计的材料结构。

在 PCB 工厂你会看到什么:材料资料和板的截面会说明铜在哪里、绝缘材料在哪里、有多厚。设计里的层位置必须能落实到这套真实结构,而不能只凭屏幕颜色判断是否导通。

常见误解是“只要中间有任意东西就能隔离”。真正隔离要靠适合的绝缘材料及完整的结构;材料受损或产生非预期铜连接,都可能破坏设计想要的隔离。

后面学习阻抗时,介质厚度和材料特性会再次出现;当前只需理解隔离与支撑。

本课记住四件事

  • 不同网络的铜若直接接触,可能形成不需要的导电连接。
  • 铜负责导电,合适的介质负责隔开不应相连的铜层。
  • 基材帮助承载铜并维持板体;同一材料可以兼具支撑与绝缘作用。
  • 现在的截面模型是“铜 → 介质 → 铜”,电路板是这些材料组合成的实体。

合上深入说明,用自己的话解释:两层不该相连的铜之间,为什么要放绝缘材料?下一课会在这个截面模型上继续认识芯板,本轮先停在这里。

来源与教学边界

【基础补充】正文与可切换截面为原创。板用绝缘材料的基本用途参考板材料厂商对电子材料用途的说明;常见树脂与增强材料组合参考板材料产品说明。这里只借助实例理解绝缘与支撑,不推荐特定材料、不照搬参数,也不把常见结构视作所有电路板唯一结构。

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基础PCB设计与布线基础技术未学习
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02PCB 连接未学习
03层叠未学习
04阻抗未学习
05Allegro未学习
06封装未学习
07布局未学习
08布线未学习
09高速未学习
  • 9-15Allegro 17.4高速实操:从约束到布线、调整与检查待开放
  • 9-16Stage 9综合练习:为一版高速Layout作出有依据的判断待开放
10DFM待开放

课程准备中,开放后会显示在这里。

11项目实战待开放

课程准备中,开放后会显示在这里。

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