Polyimide PCB en FR4-printplaat zijn twee van de meest gebruikte PCB-typen. Hoewel beide polymeersubstraten zijn die zeer geschikt zijn voor PCB's, hebben polyimide en FR4 elk hun eigen kenmerken waardoor ze voor bepaalde toepassingen geschikter zijn dan andere. In deze blog leggen we de belangrijkste verschillen uit en geven we inzicht in hoe u tussen beide kunt kiezen. Lees verder.
Verschillen tussen Polyimide PCB en FR4 PCB
- Kopersoorten
De meeste FR4-printplaten maken gebruik van elektrolytisch gedeponeerde koperfolies met een verticale nerfstructuur die geoptimaliseerd is voor stijve printplaten. Polyimiden maken vaker gebruik van gewalst gegloeid koper, dat speciaal is ontworpen om herhaaldelijk buigen te weerstaan zonder metaalmoeheid of scheuren. De oriëntatie van de kopernerf komt ook overeen met de buigas voor maximale duurzaamheid.
- Bouw
FR4 bestaat uit epoxyhars, lagen geweven glasvezel en koper. Het aantal glasvezellagen bepaalt de totale dikte. De vezels worden verzadigd met epoxy en vervolgens samen met de koperlagen onder hitte en druk uitgehard om de stijve plaat te vormen. Polyimideplaten daarentegen bevatten alleen polyimidekunststofpolymeer en koper. Het polyimide wordt in vloeibare vorm op de koperfolies gegoten en vervolgens volledig uitgehard tot een vaste, flexibele toestand.
- Diktebereiken
De glasvezelversterking beperkt hoe dun FR4 kan worden geproduceerd. Gangbare diktes variëren van 2 tot 125 mils (ongeveer 1 tot 2 mm). Zonder glasvezel kunnen polyimiden worden geproduceerd als dunne films van 3 tot XNUMX mm (ongeveer XNUMX tot XNUMX mm). Dit maakt extreem dunne, flexibele constructies mogelijk, ideaal voor dynamische buigtoepassingen.
- Flexibiliteit
Polyimideplaten zijn zeer flexibel, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waarbij herhaaldelijk buigen of vormen nodig is om in specifieke ruimtes te passen. Hun extreme flexibiliteit maakt complexe geometrieën mogelijk die onmogelijk te realiseren zijn met traditioneel stijve FR4-platen. De mobiliteit is verbeterd en de installatie in producten met beperkte ruimte is eenvoudiger dan bij FR4.
- vochtopname
FR4 op epoxybasis absorbeert zeer weinig vocht uit de omgeving, ongeveer 0.2-0.5% van het totale gewicht. Polyimide daarentegen kan tot 2% vocht per gewicht absorberen. Dit heeft geen invloed op de prestaties van polyimidecircuits, maar opgenomen vocht moet vóór de montage worden verwijderd door middel van een bakproces om schade door snelle stoomexpansie te voorkomen. delaminatie problemen tijdens soldeerbewerkingen.
- Hittetolerantie
Polyimide heeft een veel hogere maximale bedrijfstemperatuur dan FR4, geschikt voor continu gebruik tot 300 °C. Het is beter bestand tegen hittedegradatie na verloop van tijd. Dit betekent dat polyimideplaten langdurig bestand zijn tegen warme omgevingen. De thermische geleidbaarheid is bovendien twee keer zo hoog als die van standaard glasvezelversterkte platen.
Verder lezen: Een uitgebreide gids voor FR4 thermische geleidbaarheid
- Chemische weerstand
Naast thermische prestaties bieden polyimideplaten een corrosie- en chemische bestendigheid die beter is dan die van FR4. Hun robuuste polymeermatrix beschermt aanzienlijk langer tegen brandstoffen, oliën en oplosmiddelen. Zonder gevoelige componenten zoals epoxy of glasvezels is polyimide bestand tegen meer geconcentreerde chemische oplossingen zonder af te breken.
- Duurzaamheid onder stress
De trillingsbestendigheid en treksterkte van polyimideplaten zijn aanzienlijk hoger. Flexibiliteit voorkomt breuken door fysieke schokken die de integriteit van stijve epoxyglasplaten in gevaar brengen. Polyimide behoudt de mechanische en elektrische betrouwbaarheid beter, zelfs na duizenden buigcycli en bij continue trillingen.
In de volgende tabel staan enkele specifieke gegevens waarmee de verschillen tussen FR4-PCB en polyimide-PCB duidelijker met elkaar kunnen worden vergeleken:
| PCB-typen Aanbod | FR4-printplaat | polyimide PCB |
| Warmtegeleiding | 0.25 W / mK | 0.2 W / mK |
| Diëlektrische constante (op 1 GHz) | 4.25-4.55 | ~3.4 tot 3.8 |
| Dissipatiefactor (bij 1 GHz) | 0.016 | 0.003 |
| Boogweerstand | 125 seconden | 143 seconden |
| Soortelijk gewicht | 1.8 - 1.9 | 1.3 tot 1.4 |
| Waterabsorptie | 0.2-0.5% | 1-2% |
| Treksterkte | 70-90 MPa | 200-300 MPa |
| Glastransiënttemperatuur (Tg) | 130-140 ° C | > 250 ° C |
Polyimide-PCB en FR4-PCB: hoe kiest u?
De keuze tussen het gebruik van een FR4-printplaat en een polyimide-printplaat hangt voornamelijk af van de toepassing en de specifieke vereisten:
FR4-borden zijn een betere keuze voor:
- Kostengevoelige toepassingen waar hoge duurzaamheid niet vereist is. FR4 is de goedkopere optie.
- Laagfrequente digitale schakelingen die weinig warmte genereren. De FR4 is bestand tegen gematigde temperaturen tot ongeveer 100 °C.
- Stijve platen voor producten waar flexibiliteit niet nodig is. De glasvezelversterking maakt FR4-platen maatvast, maar niet buigvriendelijk.
Polyimideplaten zijn beter geschikt voor:
- Flexibele/rigide-flexibele circuits die dynamisch moeten buigen tijdens gebruik. Polyimide PCB's hebben een uitstekende buiglevensduur en vermoeiingsweerstand.
Leer de verschillen tussen flexibele en rigide-flexibele PCB's kennen, lees "Stijve flexibele PCB versus flexibele PCB"
- Hoogfrequente analoge schakelingen. Polyimide heeft een lagere diëlektrische constante en verlies voor een betere signaalintegriteit.
- Elektronica in extreme omstandigheden blootgesteld aan temperaturen boven 150 °C. Polyimide overleeft temperaturen boven 250 °C.
- Producten met betrouwbaarheidstesten zoals trillingen, schokken, vochtigheid en stofinfiltratie. Polyimideplaten zijn robuuster.
- Missiekritieke elektronica die de hoogste duurzaamheid en het minste risico op storingen vereist. De lucht- en ruimtevaart en het leger geven de voorkeur aan polyimiden.
Kies in principe voor de economische FR4 voor basisverbindingstoepassingen zonder speciale vereisten, terwijl polyimiden voldoen aan extreme eisen die maximale fysieke veerkracht en omgevingsbestendigheid vereisen.
Laatste woorden
Het evalueren van de verschillen tussen deze twee materialen op het gebied van hittebestendigheid, duurzaamheid en mechanische sterkte is essentieel bij het bepalen van de optimale keuze voor een elektronicaproject, gebaseerd op de specifieke eisen en bedrijfsomstandigheden. Een zorgvuldige analyse van de toepassingsspecificaties en de respectievelijke eigenschappenprofielen van Polyimide en FR4 maakt een weloverwogen materiaalkeuze mogelijk die aansluit bij de unieke doelstellingen en beperkingen. Met inzicht in de betrokken afwegingen kunnen ingenieurs vol vertrouwen de juiste materialen specificeren. PCB-substraat: die het beste aan hun behoeften voldoen en de beoogde prestaties leveren binnen het doelapparaat of -systeem.
