Verschiedene Arten von PCB-Substratmaterial für Ihr Projekt

Das Wichtigste ist die Wahl des richtigen PCB-Substratmaterials für die Leiterplattenherstellung. Hersteller verwenden viele verschiedene Substratmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dieser Artikel hilft Ihnen bei der Auswahl des richtigen PCB-Substratmaterials für Ihr Projekt. Außerdem erfahren Sie mehr über verschiedene PCB-Substrattypen.

PCB-Substrate: Alle wichtigen Eigenschaften des dielektrischen Materials

Dieses Material ermöglicht eine minimale Strommenge aus dem Stromkreis. Da sich zwischen zwei leitenden Schichten eine Isolierschicht befindet. FR-4 ist beispielsweise das gängigste dielektrische Material. Berücksichtigen Sie dessen Eigenschaften, bevor Sie es für Ihre Leiterplatte auswählen.

Hier sind die 4 wichtigsten Eigenschaften von dielektrischem Material:

1. Thermische Eigenschaften

Betrachten wir die thermischen Eigenschaften des Substratmaterials:

Glasübergangstemperatur

Ein Temperaturbereich, in dem ein glasartiger oder starrer Zustand des PCB-Substrats weich oder verformbar wird. Nach dem Abkühlen nimmt das Material wieder seine ursprünglichen Eigenschaften an. Dieser Temperaturbereich kann in der Einheit Tg ausgedrückt werden. Die Temperatur muss in Grad Celsius gemessen werden.

Zersetzungstemperatur

Td ist ein Ausdruck für die Zersetzungstemperatur. Es handelt sich um eine chemische Zersetzungsmethode, bei der Material bis zu 5 % seiner Masse verlieren kann. Die Maßeinheit von Td ist ^oC.

Bei diesem Prozess sind die Eigenschaften nicht reversibel. Wenn ein Substratmaterial seine Zersetzungstemperatur erreicht, verändern sich seine Eigenschaften. Nach dieser Veränderung sind die Materialeigenschaften nicht mehr reversibel. Andererseits sind die Eigenschaften bei der Glasübergangstemperatur reversibel.

Sie sollten ein Substratmaterial wählen, dessen Temperaturbereich kleiner als Td und größer als Tg sein sollte. Der Temperaturbereich kann also zwischen 200 und 250 liegen. ^oC. Versuchen Sie daher, Td höher einzustellen.

Wärmeausdehnungskoeffizient

Der CTE gibt an, wie schnell sich ein Leiterplattenmaterial nach dem Erhitzen ausdehnt. Er kann in ppm angegeben werden. Steigt die Temperatur des Materials über Tg, steigt auch der CTE. Die meisten Substrate haben einen höheren CTE als Kupfer. Steigende Leiterplattentemperaturen können zu Verbindungsproblemen führen.

Der CTE ist entlang der X- und Y-Achse vergleichsweise niedrig. Der CTE-Bereich liegt zwischen 10 und 20 ppm pro ^oC entlang dieser Achsen. Dies geschieht durch gewebtes Glas. Dadurch wird das Material entlang dieser Achsen fixiert. Infolgedessen ändert sich der WAK nicht signifikant, wenn die Temperatur über Tg steigt.

Aufgrund des gewebten Glases dehnt sich das Material entlang der Z-Achse aus. Daher sollte der CTE-Wert entlang dieser Achse so niedrig wie möglich sein. Versuchen Sie, ihn unter 70 ppm pro ^oC. Der WAK steigt, wenn das Material Tg überschreitet.

Darüber hinaus können Sie den Tg-Wert des Materials mithilfe des CTE ermitteln. Sie müssen lediglich eine Kurve der Temperatur gegenüber der Verschiebung zeichnen.

Wärmeleitfähigkeit

Diese Eigenschaft betrifft die Wärmeleitung. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit lässt sich mit k angeben. Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit bedeutet eine geringe Wärmeübertragung und umgekehrt. Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials kann in Watt pro Meter ºC gemessen werden.

Die meisten Leiterplattensubstratmaterialien weisen eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 0.3 und 0.6 W/m²ºC auf. Diese Wärmeleitfähigkeit ist im Vergleich zu Kupfer deutlich geringer. Der k-Wert von Kupfer beträgt etwa 386 W/m²ºC. Kupferflächenschichten führen daher im Vergleich zu dielektrischem Material auf einer Leiterplatte mehr Wärme ab.

2. Elektrische Eigenschaften

Relative Permittivität der Dielektrizitätskonstante (Dk oder Er)

Die Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante des Materials ist für die Überprüfung der Impedanz und der Signalintegrität sehr wichtig. Beides sind wichtige Faktoren für die elektrische Hochfrequenzleistung. Der Er-Bereich liegt bei den meisten PCB-Substratmaterialien zwischen 2.5 und 4.5.

Der Wert der Dielektrizitätskonstante hängt von der Frequenz ab. Mit steigender Frequenz sinkt ihr Wert. Diese Änderung hängt zudem vom Materialtyp ab. Das am besten geeignete Material für Hochfrequenzanwendungen, bei dem die Dielektrizitätskonstante über einen weiten Frequenzbereich nahezu unverändert bleibt.

Verlustfaktor oder dielektrischer Verlustfaktor (Df Tan δ)

Der Verlustfaktor eines Materials gibt den durch das Material verursachten Leistungsverlust an. Je niedriger der Verlustfaktor eines Materials, desto geringer ist der Leistungsverlust. Der Bereich von Tan δ liegt bei den meisten Leiterplattenmaterialien bei 0.02. Bei verlustarmen und hochwertigen Materialien kann der Wert von Tan δ 0.001 betragen. Der Wert von Tan δ steigt mit zunehmender Frequenz.

Obwohl der Verlustfaktor für digitale Schaltungen keine nennenswerte Bedeutung hat, ist er für Hochfrequenzen über 1 GHz von Bedeutung. Darüber hinaus ist der Verlustfaktor für analoge Signale sehr wichtig, da er hilft, den Grad der Signalabschwächung zu bestimmen.

Volumenwiderstand

Hersteller bezeichnen den Volumenwiderstand als elektrischen Widerstand. Er dient zur Messung der Isolierung oder des elektrischen Widerstands eines Materials. Bei hohem Widerstand des Materials findet eine geringere Ladungsbewegung im Stromkreis statt. Die internationale Einheit für den spezifischen Widerstand ist Ω-m.

Dielektrische Isolatoren weisen einen sehr hohen spezifischen Widerstand auf. Der Widerstandsbereich liegt zwischen 10⁶ und 10¹⁰ Megaohm-Zentimeter. Feuchtigkeit und Temperatur beeinflussen den Widerstand.

Oberflächenwiderstand – ρS

Der Oberflächenwiderstand (ρS) umfasst den elektrischen Widerstand bzw. Isolationswiderstand des Leiterplattenmaterials. Er muss einen sehr hohen Oberflächenwiderstand aufweisen, der dem Volumenwiderstand ähnelt. Daher sollte der Oberflächenwiderstand zwischen 10⁶ und 10¹⁰ Megaohm pro Quadrat liegen.

Elektrische Festigkeit

Diese Eigenschaft hilft bei der Messung der Widerstandsfähigkeit von Leiterplattenmaterial. Sie gibt an, wie hoch die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber elektrischen Durchschlägen entlang der Z-Achse ist. Die internationale Einheit zur Messung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit ist Volt/mil. Die meisten dielektrischen Materialien haben eine elektrische Durchschlagsfestigkeit zwischen 800 und 1500 Volt/mil.

3. Chemische Eigenschaften

Entflammbarkeitsspezifikationen – UL94

Es handelt sich um einen Entflammbarkeitsstandard für Kunststoffe, der die Entflammbarkeit von Kunststoffen vom niedrigsten bis zum höchsten Grad klassifiziert. Er ist daher sehr hilfreich für die Prüfung von Kunststoffgeräten. Underwriters Laboratories (UL) definiert diesen Standard. Hier sind einige wesentliche Anforderungen dieses Standards:

1. Die Prüflinge mit Flammenverbrennung brennen maximal 10 Sekunden nach dem Anzünden der Prüfflamme nicht mehr.
2. Die Gesamtbrenndauer beträgt maximal 50 Sekunden. Diese Zeit gilt für die zehn Flammenanwendungen des Satzes aus fünf Proben.

• Ein Glimmen der Proben bis zur Halteklammer ist nicht möglich.

1. Außerdem tropft es nicht von brennenden Gegenständen, die die trockene, schwammartige chirurgische Watte entzünden könnten. Die Watte befindet sich 300 mm unterhalb der Testproben.
2. Nach dem 2^ndNach dem Entfernen der Prüfflamme dürfen die Proben keine glimmende Verbrennung aufweisen, die etwa 20 Sekunden anhält.

Feuchtigkeitsaufnahme

Es handelt sich um die Wasserbeständigkeit eines Leiterplattenmaterials. Sie können die prozentuale Gewichtszunahme einer Leiterplatte nach Wasseraufnahme erkennen. Dieser Prozentsatz lässt sich mithilfe verschiedener Testmethoden berechnen. Der Großteil des Materials kann zwischen 0.01 % und 0.20 % Wasser aufnehmen.

Die Feuchtigkeitsaufnahme kann verschiedene Eigenschaften des Leiterplattenmaterials beeinträchtigen. Beispielsweise kann sie die elektrischen und thermischen Eigenschaften des Materials beeinflussen. Außerdem beeinträchtigt sie die Widerstandsfähigkeit gegenüber leitfähigem Anodenfilament, wenn die Leiterplatte mit Strom versorgt wird.

Methylenchlorid-Beständigkeit

Es hilft bei der Messung der chemischen Beständigkeit der Platte. Insbesondere können Sie die Widerstandsfähigkeit einer Platte gegen Methylenchlorid-Absorption überprüfen.

Sie können den Wert in Prozent angeben. Sie werden die Gewichtszunahme nach der Aufnahme von Methylenchlorid bemerken. Dies geschieht unter kontrollierten Bedingungen. Der Großteil des PCB-Substratmaterials weist eine Widerstandsfähigkeit zwischen 0.01 % und 0.20 % auf, ähnlich der Feuchtigkeitsaufnahme.

4. Mechanische Eigenschaften

Peel-Stärke

Es bezeichnet die Haftfestigkeit zwischen dem dielektrischen Material und dem Kupferleiter. Die Einheit zur Angabe der Abzugsfestigkeit ist Pfund Kraft pro linearem Zoll. Sie kann als PLI bezeichnet werden.

Schälfestigkeitstests hängen von der Dicke des Leiterplattensubstrats ab. Beispielsweise benötigen Sie für Testzwecke Kupferleiterbahnen mit einer Dicke von 1 oz. Außerdem benötigen Sie nach dem Standard-Leiterplattenherstellungsprozess 32 bis 124 mm breite Kupferleiterbahnen. Dieser Prozess kann unter drei Bedingungen durchgeführt werden:

• Thermische Belastung: Nachdem die Probe 10 Sekunden lang bei 288 °C auf dem Lötmittel getempert wurde.
• Erhöhte Temperatur: Nachdem Sie die Probe einer Flüssigkeit bei 125ºC ausgesetzt haben. Alternativ können Sie sie heißer Luft aussetzen.
• Exposition gegenüber Prozesschemikalien: Nachdem die Probe einer Reihe chemischer und thermischer Prozesse ausgesetzt wurde.

Biegefestigkeit

Es zeigt die Fähigkeit eines Materials, mechanischer Belastung standzuhalten, ohne zu brechen. Der Wert kann entweder in kg/m² oder Pfund/Quadratzoll angegeben werden.

Der Prüfmechanismus für die Biegefestigkeit ist sehr einfach. Er wird durchgeführt, indem man eine Platte an einem Ende stützt und in der Mitte belastet. Der Standard für starre und mehrschichtige Platten ist IPC-4101.

Elastizitätsmodul

Zugmodul ist eine andere Bezeichnung für dieses Modul. Es bezeichnet die Festigkeit des Materials auf der Leiterplatte. Dieses Modul misst das Verhältnis von Spannung und Dehnung in eine bestimmte Richtung. Einige Hersteller messen die Festigkeit mit diesem Modul anstelle der Biegefestigkeit. Der Wert kann als Kraft pro Flächeneinheit ausgedrückt werden.

Signaldichte

Die Dichte einer Leiterplatte lässt sich in Gramm pro Kubikzentimeter messen. Manche Hersteller geben den Wert auch in Pfund pro Kubikzoll an.

Zeit bis zur Delamination

Dieser Faktor gibt die Widerstandsdauer einer Leiterplatte gegen Delamination an. Delamination kann durch Thermoschock, Feuchtigkeit oder einen falschen Tg-Wert im Material entstehen. Darüber hinaus kann ein mangelhafter Laminierungsprozess zu Delamination führen.

Wie wählen Sie am besten PCB-Substratmaterialien für Ihre Leiterplatte aus?

Auf dem Markt sind zahlreiche PCB-Substrattypen erhältlich. Diese unterscheiden sich in Dicke und Festigkeit des PCB-Substrats. Daher ist es sehr schwierig, das qualitativ hochwertigste Substrat für Ihre Leiterplatten zu finden. Darüber hinaus kann es ohne ausreichendes Wissen schwierig sein, überhaupt ein geeignetes Substrat zu finden.

Die Auswahl des passenden PCB-Substrats ist für Sie kein Problem. Sie kennen die Kriterien für die Substratauswahl bereits. Beachten Sie:

• Thermische Eigenschaften
• Elektrische Eigenschaften
• Chemische Eigenschaften
• Mechanische Eigenschaften

Wenn Sie diese Eigenschaften kennen, können Sie ein hochwertiges Substrat für Ihre Leiterplatten auswählen. Beachten Sie außerdem die Dicke des PCB-Substrats.

Neben den Eigenschaften des Untergrundes sollten Sie auch einige wichtige Merkmale des Untergrundes berücksichtigen. Nachfolgend sind einige wichtige Merkmale aufgeführt:

Arten von PCB-Substratmaterial

Leiterplatten bestehen aus zwei Materialschichten, einer oberen und einer unteren Schicht. Die oberste Schicht ist für viele Zwecke, beispielsweise Reaktionen, sehr wichtig. Außerdem hängt das Leiterplattendesign von dieser Schicht ab.

Ebenso trägt die untere Schicht gut zu Designzwecken bei. Der geschätzte Substratmarkt weltweit beträgt fast 51 Millionen Quadratmeter. Unternehmen verwenden unterschiedliche PCB-Substrattypen.

Die meisten Hersteller mischen dieses Material mit Epoxidharz. Andere mischen es jedoch mit einer BT-Mischung. Die meisten Unternehmen verwenden verschiedene alternative Schichten des dielektrischen Materials. Sie verwenden es mit oder ohne Verstärkung.

Hier sind einige grundlegende PCB-Substrattypen:

Das Vliesglas

Es handelt sich um eine Diffusion von Glasmikrofasern im Substrat. Diese sind bei höheren Frequenzen sehr gut. Der Dispersionsfaktor im Glasvlies ist jedoch nicht angemessen.

Gewebtes Glas

Es ist ein weiterer beliebter PCB-Substrattyp. Glasfasergewebe ist der Baustein dieses Substrats. Es ist jedoch aufgrund seiner geringen thermischen und mechanischen Stabilität nicht gut geeignet.

Gefüllt

Es verfügt über einen bestimmten Bereich der Dielektrizitätskonstante. Einige andere Materialien wie Keramik erhöhen ihre Dielektrizitätskonstante.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Substrat für Ihre Platine auszuwählen. Am wichtigsten ist es, sich von den kompetenten Ingenieurteams der Hersteller helfen zu lassen.

Außerdem können Sie das Substrat wie folgt in 4 verschiedene Kategorien einteilen:

Hart-/Starrkarton

Hersteller verwenden es, um die Form einer Leiterplatte über die gesamte Länge beizubehalten. Es handelt sich um Leiterplatten auf Keramikbasis. Es verhindert, dass sich Leiterplatten verbiegen oder andere Formen annehmen.

Weiche/flexible Platten

Aufgrund ihrer Flexibilität eignen sie sich für viele Projekte. Sie lassen sich in jedes beliebige Objekt oder jede beliebige Form verwandeln. Hersteller verwenden diesen Typ, wenn Objekte gebogen werden müssen. Flexboards sind daher die perfekte Lösung.

Starrflexible Leiterplatten

Für verschiedene Situationen kombinieren Unternehmen sowohl flexible als auch starre Platten für die Herstellung Starrflex-LeiterplattenSie bestehen aus mehreren Schichten, wie beispielsweise Polyimid. Flex-Rigid-Platinen werden hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärbereich eingesetzt. Darüber hinaus können sie in verschiedenen medizinischen Geräten eingesetzt werden.

FR-4

Es ist heutzutage das günstigste und gebräuchlichste Substrat, ein Glasfaser-Epoxid-Laminat. FR ist die Abkürzung für Flammschutzmittel und ein hervorragender Isolator. Das Material enthält einen hohen Anteil an Bromid, einem nicht reaktiven Halogen.

MOKO-Technologie – Der beste Ort für hochwertiges Substrat

Nach der Lektüre dieses ausführlichen Artikels kennen Sie die Anforderungen an eine Leiterplatte. Sie wissen nun, welche Faktoren Sie bei der Auswahl eines Substrats berücksichtigen müssen. Diese Informationen sind sehr hilfreich bei der Auswahl eines hochwertigen Leiterplattensubstratmaterials für Ihre Produkte. Ein hochwertiges Substrat sorgt für hochwertige und langlebige Ergebnisse.

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