Materiál dosky plošného spoja, presnejšie materiál substrátu dosky s plošnými spojmi hrá kľúčovú úlohu, pretože je priamo zodpovedný za jej hlavné funkcie a vlastnosti. Okrem toho materiál dosky plošného spoja umožňuje, aby doska spĺňala niektoré vysoké a špeciálne požiadavky stanovené pri samotnom vývoji zariadenia. V konečnom dôsledku je vždy výhodnejšie ak sa znížia náklady a zlepší sa spoľahlivosť výrobkov, pokiaľ sa vyberie optimálny materiál hneď na začiatku vývoja.

Čo je potrebné zohľadniť pri výbere materiálu PCB

• Teplota prechodu skla (Tg) - Tg označuje teplotu, pri ktorej materiál prechádza do skleneného stavu. Štandardná teplota prechodu Tg sa pohybuje nad 130 ºC, zatiaľ čo vysoká Tg nad 170 ºC a stredná Tg nad 150 ºC. Pokiaľ ide o materiál pre dosky plošných spojov, mala by sa vybrať vysoká  hodnota Tg, ktorá by mala byť vyššia ako pracovná teplota dosky.
• Koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) - S rastúcou teplotou látky dochádza k jej rozťahovaniu alebo zmršťovaniu. Pokiaľ ide o výrobu dosiek plošných spojov tak pri CTE v rozmere X, Y a hrúbke je rôzna, teda doska pločného spoja bude mať tendenciu sa deformovať. Okrem toho môže dôjsť k deštrukcii pokovovaného otvoru alebo k poškodeniu komponentov na doske pločného spoja. Preto by mala byť CTE materiálu substrátu dostatočne nízka a stabilná.
• Tepelná odolnosť - Od dosky plošného spoja sa vyžadujejej  tepelná odolnosť. Všeobecne platí, že dosky pločných spojov by mali mať tepelnú odolnosť 250 ºC/50s, čo sa týka aj materiálu substrátu.
• Plochosť - Od dosky plošného spoja sa vyžaduje, aby mala vynikajúcu rovinnosť. Pokiaľ ide o montáž SMT, tak sa vyžaduje, aby sa doska vyznačovala deformáciou nižšou ako 0,0075 mm/mm.
• Elektrické parametre - Vysokofrekvenčné obvody si vyžadujú materiál pre dosku plošného spoja s vysokou dielektrickou konštantou a nízkymi dielektrickými stratami. Okrem toho by izolačný odpor, dielektrická pevnosť a oblúková odolnosť mali byť v súlade s požiadavkami na výrobok.

Súvislosť medzi výberom materiálu PCB, výrobkom alebo odvetvím

Výber materiálu dosky plošného spoja zohráva rozhodujúcu úlohu pri prispievaní k spoľahlivosti výrobku a je tiež podmienený osobitosťami a požiadavkami toho ktorého odvetvia. Bežne používané elektronické výrobky si vyžadujú čtandardný substrát FR4 z epoxidových sklenených vlákien. Tieto výrobky si koniec koncov nevyžadujú špeciálne požiadavky na flexibilitu, teplotu či hustotu. Pri elektronických výrobkoch, ktoré vyžadujú vyššie požiadavky na teplotu prostredia alebo flexibilitu, sa používa polyimidový substrát zo sklenených vlákien. V prípade vysokej frekvencie by sa mal použiť substrát zo sklenených vlákien PTFE a v prípade dosiek, ktoré si vyžadujú vyššie požiadavky na tepelný rozptyl, by sa mal použiť substrát na kovovej báze.

Klasifikácia materiálu substrátu PCB

Ako materiál substrátu  sa najčastejšie používa medený plátovaný laminát (Copper Clad Laminate). CCL sa zvyčajne skladá z medenej fólie o definovanej hrúbke, živice a základného materiálu a delí sa n niekoľko kategórií.

Rigid (Pevné) CCL

• Fenolové CCL na báze papiera - Fenolové CCL na báze papiera majú najdlhšiu históriu a obsahujú triedy FR2, FR1, XXXPC, XX, XXP, X, XP, XPC atď. Vyznačuje sa takou nízkou cenou, takže sa masovo používajú v spotrebnej elektronike, ako je audio alebo video. Povúčšinu ich tvoria jednostranne plátované dosky pločných spojov.
• Epoxidové CCL na báze papiera - Epoxidové CCL na báze papiera sa masovo používajú napríklad v televízoroch, PC, tlačiarňach, kalkulačkách, telekomunikačných a výkonových substrátoch.
• Polymérne CCL na báze papiera - Polymér CCL na báze papiera je anti-CAF a vyznačuje sa vysoko kvalitou, takže sa používa najmä vo farebných televízoroch alebo stereofónnych zariadeniach. Tento materiál vznikol v Japonsku, ale neskôr sa prestal vyrábať.
• Epoxidové sklolaminátové CCL - Vďaka svojej spoľahlivosti sa sklolaminátový epoxidový CCL najmasovejšie uplatňuje v procesoroch,, telekomunikačných a zdravotníckych výrobkoch. Okrem toho sa vďaka svojej elektrickej odolnosti, tepelnej odolnosti, rozmerovej stabilite, odolnosti voči vlhkosti a chemickej odolnosti sklolaminátový epoxidový CCL sa vo veľkej miere používa v obojstranných PCB obsahujúcich priechodné otvory. Vzhľadom na tendenciu vysokej hustoty PCB sa sklolaminátový epoxidový CCL používa aj ako materiál vo viacvrstvových PCB ako materiál jadra a prepreg atď.
• Kompozitný CCL - Živica v kompozitných CCL sa vyrába najmä z epoxidovej živice a polyesterovej živice. Kompozitný CCL sa používa predovšetkým na jednostranné PCB a priechodné PCB. Kompozitný CCL CEM-3 sa bežne používa v niektorých určitých priemyselných odvetviach vďaka svojej spoľahlivosti, tepelnej odolnosti, odolnosti voči vlhkosti a rozmerovej stabilite. Okrem toho je kompozitný CCL vhodnejší na montáž SMT.

Čo je FR4?

FR4 označuje triedu typu ohňovzdorného materiálu, ktorý je schopný po požiari automaticky zhasnúť. FR4 teda nie je názov materiálu, ale označuje triedu materiálu.

Materiál FR4 možno zaradiť do niekoľkých klasifikácií.

1. Materiál FR4 A1 - slúži najmä na elektronické výrobky patriace do oblasti armády, telekomunikácií, digitálnych obvodov, priemyselných prístrojov, automobilov a to vďaka svojej vysokej kvalite a výkonu.
2. Materiál FR4 A2 - sa používa v najväčšom rozsahu priemyselných odvetví, pretože všetky jeho vlastnosti sú kompatibilné s požiadavkami bežných priemyselných odvetví vrátane PC, prístrojov, domácich spotrebičov a bežných elektronických výrobkov. Okrem toho sa vyznačuje nízkymi nákladmi, čo je jedna z jeho výhod oproti iným typom materiálu.
3. Materiál FR4 A3 - dokáže splniť požiadavky a nároky bežnej elektroniky, ako sú hračky, kalkulačky, hracie automaty a iné bežné elektronické výrobky. FR4 A3 je použávaný aj vďaka svojej mimoriadne nízkej cene.