Verschillende soorten PCB-substraatmateriaal voor uw project

Het allerbelangrijkste is het kiezen van het juiste PCB-substraatmateriaal voor de productie van PCB's. Fabrikanten gebruiken veel verschillende soorten substraatmaterialen met verschillende eigenschappen. Dit artikel legt uit hoe u het juiste PCB-substraatmateriaal voor uw project kiest. Bovendien leert u over de verschillende soorten PCB-substraten.

PCB-substraten: alle belangrijke eigenschappen van diëlektrisch materiaal

Dit materiaal laat een minimale hoeveelheid elektriciteit door van het circuit. Dit komt doordat er een isolerende laag tussen twee geleidende lagen zit. FR-4 is bijvoorbeeld het meest voorkomende type diëlektricum. U moet rekening houden met de eigenschappen ervan voordat u het voor uw printplaat kiest.

Dit zijn de 4 belangrijkste eigenschappen van diëlektrisch materiaal:

1. Thermische eigenschappen

Laten we de thermische eigenschappen van het substraatmateriaal eens bekijken:

Glasovergangstemperatuur

Een temperatuurbereik waarin een glasachtige of stijve toestand van het PCB-substraat overgaat in een zachte of vervormbare toestand. De eigenschappen van het materiaal keren na afkoeling terug naar hun oorspronkelijke toestand. Dit temperatuurbereik kan worden uitgedrukt in de eenheid Tg. Deze temperatuur moet worden gemeten in graden Celsius.

Ontledingstemperatuur

Td is een uitdrukking voor de ontledingstemperatuur. Het is een chemische ontledingsmethode waarbij materiaal tot 5% van de massa kan verliezen. De meeteenheid van Td is ^oC.

In dit proces zijn de eigenschappen niet omkeerbaar. Wanneer een substraatmateriaal de ontledingstemperatuur bereikt, treedt er een verandering op in de eigenschappen van het materiaal. Na deze verandering zijn de eigenschappen van de materialen niet omkeerbaar. Bij de glasovergangstemperatuur zijn de eigenschappen daarentegen wel omkeerbaar.

U moet een substraatmateriaal kiezen waarvan het temperatuurbereik lager dan Td en hoger dan Tg moet zijn. Het temperatuurbereik kan dus tussen 200 en 250 graden Celsius liggen. ^oC. Probeer daarom Td hoger te maken.

Uitzettingscoëfficiënt

De CTE geeft de snelheid aan waarmee een PCB-materiaal uitzet na verhitting. De CTE kan worden uitgedrukt in delen per miljoen. Wanneer de materiaaltemperatuur stijgt tot boven Tg, begint de CTE ook te stijgen. De meeste substraten hebben een hogere CTE dan koper. Dit kan leiden tot verbindingsproblemen wanneer de temperatuur van de PCB stijgt.

De CTE is relatief laag langs de X- en Y-as. Het bereik van de CTE ligt tussen 10 en 20 ppm per ^oC langs deze assen. Dit gebeurt door geweven glas. Door die beperking van het materiaal in deze assen. Hierdoor treedt er geen significante verandering op in de CTE wanneer de temperatuur boven Tg komt.

Door het geweven glas zet het materiaal uit langs de Z-as. De CTE-waarde moet daarom langs deze as zo laag mogelijk zijn. Probeer deze lager te houden dan 70 ppm per ^oC. De CTE stijgt wanneer het materiaal de Tg overschrijdt.

Daarnaast kun je met behulp van CTE ook de Tg van een materiaal bepalen. Je hoeft alleen maar een curve van temperatuur versus verplaatsing te tekenen.

Warmtegeleiding

Deze eigenschap heeft betrekking op warmtegeleiding. Je kunt de waarde van de thermische geleidbaarheid weergeven met k. Een lage thermische geleidbaarheid duidt op een lage warmteoverdracht en vice versa. Je kunt de thermische geleidbaarheid van een materiaal meten in watt per meter ºC.

De meeste PCB-substraatmaterialen hebben een thermische geleidbaarheid tussen 0.3 en 0.6 W/M-ºC. Deze thermische geleidbaarheid is aanzienlijk lager dan die van koper. De k van koper is ongeveer 386 W/M-ºC. Koperlagen voeren dus meer warmte af dan diëlektrisch materiaal in een printplaat.

2. Elektrische eigenschappen

Relatieve permittiviteit van de diëlektrische constante (Dk of Er)

Het is erg belangrijk om rekening te houden met de diëlektrische constante van het materiaal om impedantie en signaalintegriteit te controleren. Beide zijn opmerkelijke factoren voor de elektrische prestaties bij hoge frequenties. Het bereik van Er ligt tussen 2.5 en 4.5 in de meeste PCB-substraatmaterialen.

De waarde van de diëlektrische constante is afhankelijk van de frequentie. Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de waarde af. Bovendien hangt deze verandering verder af van het materiaaltype. Het meest geschikte materiaal is voor hoogfrequente toepassingen waarbij de diëlektrische constante over een breed frequentiebereik vrijwel gelijk blijft.

Dissipatiefactor of diëlektrische verliestangens (Df Tan δ)

De verliestangens van een materiaal geeft een maatstaf voor het vermogensverlies door het materiaal. Hoe lager de verliestangens in een materiaal, hoe lager het vermogensverlies. Het bereik van Tan δ in de meeste printplaatmaterialen is 0.02. Bovendien kan de waarde van Tan δ 0.001 zijn voor materialen met laag verlies en hoogwaardige materialen. De waarde van Tan δ neemt toe naarmate de frequentie toeneemt.

Hoewel de verliestangens geen significante betekenis heeft voor digitale schakelingen, is deze wel van belang voor hoge frequenties boven 1 GHz. Bovendien is de verliestangens zeer essentieel voor analoge signalen, omdat deze helpt bij het bepalen van de mate van signaalverzwakking.

Volumeweerstand

Fabrikanten noemen volumeweerstand elektrische weerstand. Dit helpt bij het meten van de isolatie of elektrische weerstand van het materiaal. Als de soortelijke weerstand van het materiaal hoog is, is er minder elektrische ladingsverplaatsing in het circuit. De internationale eenheid van soortelijke weerstand in het systeem is Ω-m.

Diëlektrische isolatoren hebben een zeer hoge soortelijke weerstand. Het bereik van de soortelijke weerstand kan variëren van 10⁶ tot 10⁰ mega-ohm-centimeter. Vocht en temperatuur beïnvloeden de soortelijke weerstand.

Oppervlakteweerstand – ρS

Oppervlakteweerstand of ρS omvat de elektrische of isolatieweerstand van het materiaal van een printplaat. De oppervlakteweerstand moet ook een zeer hoge waarde hebben, vergelijkbaar met de volumeweerstand. Daarom moet de oppervlakteweerstand tussen 10⁶ en 10¹⁰ megaohm per vierkant liggen.

Elektrische sterkte

Deze eigenschap helpt bij het meten van de weerstand van printplaatmateriaal. Het geeft aan in hoeverre een materiaal bestand is tegen elektrische doorslag langs de Z-as. De internationale eenheid voor elektrische sterkte is Volt/mil. De meeste diëlektrische materialen hebben een elektrische sterkte tussen 800 en 1500 Volt/mil.

3. Chemische eigenschappen

Brandbaarheidsspecificaties – UL94

Het is een norm voor de ontvlambaarheid van kunststoffen die kunststoffen classificeert van de laagste tot de hoogste vlamvertragende eigenschap. Het is daarom zeer nuttig voor het testen van apparaten met kunststofmaterialen. Underwriters Laboratories (UL) definieert deze norm. Hier zijn enkele essentiële vereisten van deze norm:

1. De proefstukken met vlammende verbranding zullen maximaal 10 seconden na het aansteken van de testvlam nog niet opbranden.
2. De totale verbrandingstijd bedraagt ​​maximaal 50 seconden. Deze tijd geldt voor de tien vlamtoepassingen voor de set van vijf exemplaren.

• De monsters zullen niet door gloeiende verbranding tot aan de klem verbranden.

1. Bovendien druppelt het geen brandende elementen die het droge, sponsachtige chirurgische katoen kunnen aansteken. Het katoen bevindt zich 300 mm onder de testmonsters.
2. Na de 2^ndNa verwijdering van de testvlam mogen de monsters geen glanzende verbranding hebben die circa 20 seconden aanhoudt.

vochtopname

Het is de waterbestendigheid van een printplaatmateriaal. Je kunt de procentuele toename in het gewicht van een printplaat zien na wateropname. Je kunt dit percentage verder berekenen met verschillende testmethoden. De meeste materialen kunnen tussen 0.01% en 0.20% water opnemen.

Vochtabsorptie kan verschillende eigenschappen van het printplaatmateriaal beïnvloeden. Het kan bijvoorbeeld de elektrische en thermische eigenschappen van het materiaal beïnvloeden. Bovendien beïnvloedt het de weerstand tegen geleidende anodefilamenten wanneer de printplaat onder spanning staat.

Weerstand tegen methyleenchloride

Het helpt bij het meten van de chemische bestendigheid van de plaat. U kunt met name de weerstand van een plaat tegen methyleenchloride-absorptie controleren.

U kunt de waarde ervan in procenten weergeven. U zult de gewichtstoename opmerken na absorptie van methyleenchloride. Dit gebeurt onder gecontroleerde omstandigheden. Het grootste deel van het PCB-substraatmateriaal heeft een weerstandsvermogen van 0.01% tot 0.20%, vergelijkbaar met vochtabsorptie.

4. Mechanische eigenschappen

Schilsterkte

Het geeft de bindingssterkte tussen het diëlektrische materiaal en de koperen geleider aan. De eenheid voor de pelsterkte is pond kracht per lineaire inch. U kunt dit aanduiden als PLI.

De pelsterktetest is afhankelijk van de dikte van het PCB-substraat. Voor testdoeleinden heeft u bijvoorbeeld kopersporen van 1 gram (32 oz) dik nodig. Daarnaast heeft u na het standaard productieproces van een printplaat kopersporen van 124 tot XNUMX mm breed nodig. U kunt dit proces onder drie omstandigheden uitvoeren:

• Thermische spanning: Nadat het monster 10 seconden op soldeer heeft gelegen bij 288 ºC.
• Verhoogde temperatuur: Nadat je het monster hebt blootgesteld aan de vloeistof bij 125 °C. Je kunt het ook blootstellen aan hete lucht.
• Blootstelling aan proceschemicaliën: Nadat het monster aan een reeks chemische en thermische processen is blootgesteld.

Buigsterkte

Het geeft aan in hoeverre een materiaal mechanische spanning kan weerstaan ​​zonder te breken. Je kunt de waarde uitdrukken in kg/vierkante meter of pond/vierkante inch.

Het mechanisme voor het testen van de buigsterkte is heel eenvoudig. Je kunt het uitvoeren door een printplaat aan de uiteinden te ondersteunen en in het midden te belasten. De norm voor stijve en meerlaagse printplaten is IPC-4101.

Young's Modulus

Trekmodulus is een andere term voor deze module. Het geeft de sterkte van het materiaal op de printplaat aan. Deze module meet de verhouding tussen spanning en rek in een bepaalde richting. Sommige fabrikanten meten de sterkte met deze module in plaats van de buigsterkte. Je kunt deze waarde uitdrukken in kracht per oppervlakte-eenheid.

Dichtheid

Je kunt de dichtheid van een printplaat meten in gram per kubieke centimeter. Bovendien geven sommige fabrikanten de waarde aan in ponden per kubieke inch.

Tijd tot delaminatie

Deze factor geeft de weerstand van een printplaat tegen delaminatie aan. Delaminatie kan optreden door thermische schokken, vocht of een onjuiste temperatuur in het materiaal. Daarnaast kan het ook optreden door een slecht laminatieproces.

Wat is de beste manier om PCB-substraatmaterialen te selecteren voor uw PCB?

Er zijn talloze soorten PCB-substraten verkrijgbaar. Deze variëren in dikte en sterkte. Het is daarom erg lastig om het beste substraat voor uw printplaten te vinden. Bovendien wordt het lastig om zelfs zonder voldoende kennis een geschikt substraat te vinden.

Het is voor u geen grote uitdaging om de juiste PCB-substraattypen voor uw behoeften te selecteren. U kent immers al alle criteria voor het selecteren van substraten. U moet rekening houden met:

• Thermische eigenschappen
• Elektrische eigenschappen
• Chemische eigenschappen
• Mechanische eigenschappen

Als u bekend bent met deze eigenschappen, kunt u een hoogwaardig substraat voor uw printplaten kiezen. Daarnaast moet u ook rekening houden met de dikte van het PCB-substraat.

Naast de eigenschappen van het substraat, moet u ook rekening houden met enkele belangrijke kenmerken van het substraat. Hieronder vindt u enkele belangrijke kenmerken:

Soorten PCB-substraatmateriaal

Printplaten bestaan ​​uit twee materiaallagen: de bovenste en de onderste. De bovenste laag is erg belangrijk voor veel doeleinden, zoals reacties. Bovendien is het ontwerp van de printplaat afhankelijk van die film.

Ook de onderste laag levert een goede bijdrage aan ontwerpdoeleinden. De geschatte substraatmarkt bedraagt ​​wereldwijd bijna 51 miljoen vierkante meter. Bedrijven gebruiken verschillende soorten PCB-substraten.

De meeste fabrikanten mengen dit materiaal met epoxy. Anderen mengen het echter met een BT-mengsel. De meeste bedrijven gebruiken verschillende lagen van het diëlektrische materiaal, al dan niet versterkt.

Hier zijn enkele basistypen PCB-substraten:

Het non-woven glas

Het omvat de diffusie van microglasvezels in het substraat. Ze zijn zeer goed bij hogere frequenties. De dispersiefactor in het non-woven glas is echter niet noemenswaardig.

Geweven glas

Dit is een ander populair substraat voor PCB's. Geweven glasdoek is de bouwsteen van dit substraat. Het is echter niet geschikt vanwege de slechte thermische en mechanische stabiliteit.

Gevuld

Het heeft een specifiek bereik van diëlektrische constante. Sommige andere materialen, zoals keramiek, verhogen hun diëlektrische constante.

Er zijn verschillende manieren om een ​​substraat voor je printplaat te selecteren. De belangrijkste manier is om hulp te krijgen van het deskundige engineeringteam van de fabrikanten.

Bovendien kunt u het substraat in 4 verschillende categorieën categoriseren, als volgt:

Hard/stijf bord

Fabrikanten gebruiken het om de vorm van een printplaat over de lengte te behouden. Het zijn keramische printplaten. Het voorkomt dat printplaten buigen of andere vormen aannemen.

Zachte/flexibele platen

Dankzij hun flexibiliteit zijn ze in veel projecten toepasbaar. Je kunt ze in elke gewenste vorm of object transformeren. Fabrikanten gebruiken dit type wanneer objecten gebogen moeten worden. Flexplaten zijn in zo'n situatie dus een perfecte optie.

Flex-rigide PCB's

Voor verschillende situaties combineren bedrijven zowel flexibele als stijve platen om Flex-rigide PCB'sZe bestaan ​​uit meerdere lagen, net als polyimide. Flexibel-rigide platen worden vooral gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en militaire toepassingen. Daarnaast kunnen ze ook in diverse medische apparatuur worden gebruikt.

FR-4

Het is tegenwoordig het meest betaalbare en gangbare substraat: een glasvezel-epoxy laminaat. FR is een afkorting voor brandvertrager en een uitstekende isolator. Het materiaal bevat een flinke hoeveelheid bromide, een niet-reactief halogeen.

MOKO Technologie – De beste plek voor hoogwaardig substraat

Na het lezen van dit gedetailleerde artikel bent u nu bekend met de eisen voor een PCB. U weet ook welke factoren u moet overwegen bij het kiezen van een substraat. Deze informatie is zeer nuttig bij het kiezen van hoogwaardig PCB-substraatmateriaal voor uw producten. Een substraat van de beste kwaliteit zorgt voor hoogwaardige en duurzame resultaten.

MOKO-technologie is de beste plek voor PCB-productie en assemblerenOns gespecialiseerde team biedt klanten optimale PCB-oplossingen. Ingenieurs nemen alle mogelijke overwegingen in acht voordat ze met de productie beginnen. We voldoen aan alle eisen, van applicatieomgevingen tot productprestaties. Na voltooiing van het productieproces onderwerpen we alle printplaten aan een grondig testproces. Klanttevredenheid staat bij ons voorop. Wilt u uw idee realiseren? Waarom bent u te laat? Vraag direct een offerte aan voor de start van uw project!