Różne rodzaje materiałów podłoża PCB dla Twojego projektu

Pierwszą i najważniejszą rzeczą jest wybór odpowiedniego materiału podłoża PCB do produkcji PCB. Producenci stosują wiele rodzajów materiałów podłoża, które różnią się właściwościami. Ten artykuł pokazuje, jak wybrać odpowiedni materiał podłoża PCB do swojego projektu. Ponadto dowiesz się o różnych rodzajach podłoża PCB.

Podłoża PCB: Wszystkie główne właściwości materiału dielektrycznego

Materiał ten pozwala na minimalną ilość prądu z obwodu. Ponieważ istnieje warstwa izolacyjna pomiędzy dwiema przewodzącymi warstwami. Na przykład FR-4 jest najpopularniejszym rodzajem dielektryka. Musisz rozważyć jego właściwości przed wyborem go do swojej płytki drukowanej.

Oto 4 najważniejsze właściwości materiału dielektrycznego:

1. Właściwości termiczne

Rozważmy właściwości termiczne materiału podłoża:

Temperatura zeszklenia

Zakres temperatur, w którym szklisty lub sztywny stan podłoża PCB staje się zmiękczonym lub odkształcalnym stanem. Właściwości materiału powracają do stanu pierwotnego po ochłodzeniu. Możesz wyrazić ten zakres temperatur w jednostce Tg. I musisz zmierzyć tę temperaturę w stopniach Celsjusza.

Temperatura rozkładu

Td to wyrażenie używane do określenia temperatury rozkładu. Jest to metoda rozkładu chemicznego, w której materiał może stracić do 5% masy. Jednostką miary Td jest ^oC.

W tym procesie właściwości są nieodwracalne. Gdy materiał podłoża osiągnie temperaturę rozkładu, następuje zmiana właściwości materiału. Po tej zmianie właściwości materiałów nie są odwracalne. Z drugiej strony właściwości są odwracalne w temperaturze zeszklenia.

Należy wybrać materiał podłoża, którego zakres temperatur powinien być mniejszy niż Td i większy niż Tg. Tak więc zakres temperatur może wynosić od 200 do 250 ^oC. Dlatego staraj się, aby Td było wyższe.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

CTE pokazuje szybkość, z jaką materiał PCB rozszerza się po podgrzaniu. Możesz wyrazić CTE w częściach/milion. Gdy temperatura materiału wzrasta powyżej Tg, CTE również zaczyna rosnąć. Większość podłoży ma wyższy CTE niż miedź. Może to powodować problemy z połączeniami, gdy temperatura PCB wzrasta.

Współczynnik CTE jest stosunkowo niski wzdłuż osi X i Y. Zakres współczynnika CTE wynosi od 10 do 20 ppm na ^oC wzdłuż tych osi. Dzieje się tak z powodu szkła tkanego. Z powodu tego ograniczenia materiału na tych osiach. W rezultacie nie występuje żadna znacząca zmiana w CTE, gdy temperatura przekracza Tg.

Ze względu na tkane szkło materiał rozszerza się wzdłuż osi Z. Dlatego wartość CTE powinna być jak najniższa wzdłuż tej osi. Należy starać się, aby była niższa niż 70 ppm na ^oC. Współczynnik CTE wzrośnie, gdy materiał przekroczy temperaturę Tg.

Oprócz tego możesz również zlokalizować Tg materiału za pomocą CTE. Wszystko, czego potrzebujesz, to narysować krzywą temperatury w zależności od przemieszczenia.

Przewodność cieplna

Ta właściwość dotyczy przewodzenia ciepła. Wartość przewodnictwa cieplnego można przedstawić za pomocą k. Niska przewodność cieplna wskazuje na niskie przenoszenie ciepła i odwrotnie. Przewodnictwo cieplne materiału można zmierzyć w watach na metr ºC.

Większość materiałów podłoża PCB ma przewodność cieplną między 0.3 a 0.6 W/M-ºC. Ta przewodność cieplna jest znacznie niższa w porównaniu do miedzi. K miedzi wynosi około 386 W/M-ºC. Tak więc warstwy miedzianych płaszczyzn będą odbierać więcej ciepła w porównaniu do materiału dielektrycznego w płytce drukowanej.

2. Właściwości elektryczne

Względna przenikalność elektryczna stałej dielektrycznej (Dk lub Er)

Bardzo ważne jest rozważenie stałej dielektrycznej materiału w celu sprawdzenia kwestii impedancji i integralności sygnału. Oba są niezwykłymi czynnikami wydajności elektrycznej o wysokiej częstotliwości. Zakres Er wynosi od 2.5 do 4.5 w większości materiałów podłoża PCB.

Wartość stałej dielektrycznej zależy od częstotliwości. Gdy częstotliwość wzrasta, jej wartość maleje. Ponadto ta zmiana zależy także od rodzaju materiału. Najbardziej odpowiedni materiał do zastosowań o wysokiej częstotliwości, w których stała dielektryczna pozostaje niemal taka sama w szerokim zakresie częstotliwości.

Współczynnik stratności lub tangens strat dielektrycznych (Df Tan δ)

Tangens strat materiału stanowi miarę mocy utraconej z powodu materiału. Jeśli tangens strat jest niższy w materiale, spowoduje to mniejszą utratę mocy. Zakres Tan δ w większości materiałów płytek drukowanych wynosi 0.02. Ponadto wartość Tan δ może wynosić 0.001 dla materiałów o niskiej stratności i materiałów wysokiej jakości. Wartość Tan δ wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości.

Chociaż tangens strat nie ma dużego znaczenia dla obwodów cyfrowych, ma znaczenie dla wysokich częstotliwości powyżej 1 GHz. Ponadto tangens strat jest bardzo istotny dla sygnałów analogowych, ponieważ pomaga w znalezieniu stopnia zmniejszenia sygnału.

Rezystywność objętościowa

Producenci odnoszą się do rezystywności objętościowej jako do rezystywności elektrycznej. Pomaga ona w pomiarze izolacji lub rezystancji elektrycznej materiału. Jeśli rezystywność materiału jest wysoka, w obwodzie będzie mniej ruchu ładunku elektrycznego. Międzynarodową jednostką rezystywności tego systemu jest Ω-m.

Izolatory dielektryczne mają bardzo wysoką wartość rezystywności. Zakres rezystywności może wynosić od 10⁶ do 10¹⁰ Mega ohm-centymetrów. Wilgoć i temperatura wpływają na rezystywność.

Rezystywność powierzchniowa – ρS

Rezystywność powierzchniowa lub ρS obejmuje rezystancję elektryczną lub izolacyjną materiału płytek drukowanych. Musi mieć również bardzo wysoką wartość rezystywności powierzchniowej podobną do rezystywności objętościowej. Dlatego wartość rezystywności powierzchniowej powinna wynosić od 10⁶ do 10¹⁰ megaomów na kwadrat.

Wytrzymałość elektryczna

Ta właściwość pomaga w pomiarze zdolności oporu materiału płytki drukowanej. Oznacza to, jak bardzo materiał jest w stanie oprzeć się przebiciu elektrycznemu wzdłuż osi Z. Międzynarodową jednostką pomiaru wytrzymałości elektrycznej systemu jest Volt/mil. Większość materiałów dielektrycznych ma wartość wytrzymałości elektrycznej od 800 do 1500 Volt/mil.

3. Właściwości chemiczne

Specyfikacje palności – UL94

Jest to norma palności tworzyw sztucznych służąca do klasyfikowania tworzyw sztucznych od najniższego do najwyższego stopnia ognioodporności. Jest więc bardzo pomocna w testowaniu urządzeń z tworzyw sztucznych. Underwriters Laboratories (UL) definiuje tę normę. Oto kilka podstawowych wymagań tej normy:

1. Próbki poddane spalaniu płomieniowemu nie będą się palić przez maksymalnie 10 sekund od momentu przyłożenia płomienia testowego.
2. Całkowity czas spalania nie będzie dłuższy niż 50 sekund. Ten czas dotyczy dziesięciu aplikacji płomieniowych dla zestawu pięciu okazów.

• Próbki nie spalą się aż do momentu dotknięcia zacisku w wyniku spalania żarowego.

1. Ponadto nie będzie kapać płonących elementów, które zapalą suchą gąbczastą bawełnę chirurgiczną. Bawełna znajduje się 300 mm poniżej próbek testowych.
2. Po 2^ndpo usunięciu płomienia testowego próbki mogą nie wykazywać świecącego spalania trwającego około 20 sekund.

Wchłanianie wilgoci

Jest to odporność materiału płytki drukowanej na wodę. Możesz zauważyć procentowy wzrost wagi płytki drukowanej po wchłonięciu wody. Ponadto możesz obliczyć ten procent, używając różnych metod testowania. Większość materiału może wchłonąć wodę w zakresie od 0.01% do 0.20%.

Absorpcja wilgoci może wpływać na różne właściwości materiału płytki drukowanej. Na przykład może wpływać na właściwości elektryczne i termiczne materiału. Ponadto wpływa na zdolność do opierania się przewodzącemu włóknu anody po włączeniu zasilania płytki drukowanej.

Odporność na chlorek metylenu

Pomaga w pomiarze odporności chemicznej płyty. W szczególności można sprawdzić odporność płyty na absorpcję chlorku metylenu.

Możesz oznaczyć jego wartość w procentach. Zauważysz wzrost wagi po wchłonięciu chlorku metylenu. Dzieje się to w kontrolowanych warunkach. Większość materiałów podłoża PCB ma zdolność rezystancyjną od 0.01% do 0.20% podobną do absorpcji wilgoci.

4. Właściwości mechaniczne

Siła łuszczenia

Oznacza siłę wiązania między materiałem dielektrycznym a przewodnikiem miedzianym. Jednostką wyrażającą siłę odrywania jest funt siły na cal liniowy. Można ją oznaczyć jako PLI.

Testy wytrzymałości na odrywanie zależą od grubości podłoża PCB. Na przykład, do celów testowych potrzebne są miedziane ścieżki o grubości 1 OZ. Poza tym, po standardowym procesie produkcji płytki drukowanej, potrzebne są miedziane ścieżki o szerokości od 32 do 124 mm. Możesz ukończyć ten proces pod trzema warunkami:

• Naprężenia termiczne: Po unoszeniu próbki na lutowiu przez 10 sekund w temperaturze 288 ºC.
• Podwyższona temperatura: Po wystawieniu próbki na działanie płynu w temperaturze 125 ºC. Można też wystawić ją na działanie gorącego powietrza.
• Narażenie na działanie chemikaliów procesowych: Po poddaniu próbki działaniu szeregu procesów chemicznych i termicznych.

Wytrzymałość na zginanie

Pokazuje zdolność materiału do wytrzymywania naprężeń mechanicznych bez pękania. Możesz wyrazić jego wartość w kg/metr kwadratowy lub funtach/cal kwadratowy.

Mechanizm badania wytrzymałości na zginanie jest bardzo prosty. Można go wykonać, podpierając płytę na jej końcu i obciążając jej środek. Normą dla sztywnych i wielowarstwowych płyt jest IPC-4101.

Moduł Younga

Moduł rozciągania to inna nazwa tego modułu. Oznacza on wytrzymałość materiału na płytce drukowanej. Ten moduł mierzy stosunek naprężenia i odkształcenia w określonym kierunku. Niektórzy producenci mierzą wytrzymałość za pomocą tego modułu, a nie wytrzymałości na zginanie. Możesz wyrazić jego wartość w sile na jednostkę powierzchni.

Gęstość

Gęstość płytki drukowanej można zmierzyć w gramach na centymetr sześcienny. Ponadto niektórzy producenci podają swoją wartość w funtach/cal sześcienny.

Czas na rozwarstwienie

Ten współczynnik pokazuje czas odporności płytki drukowanej na rozwarstwienie. Rozwarstwienie może wystąpić z powodu szoku termicznego, wilgoci lub nieprawidłowej temperatury topnienia (Tg) materiału. Ponadto może wystąpić z powodu złego procesu laminowania.

Jaki jest najlepszy sposób wyboru materiałów podłoża PCB?

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów podłoży PCB. Różnią się one grubością i wytrzymałością podłoża PCB. Znalezienie najlepszej jakości podłoża dla płytek drukowanych jest więc bardzo trudne. Ponadto znalezienie odpowiedniego podłoża bez wystarczającej wiedzy staje się uciążliwe.

Nie jest dla Ciebie wielkim problemem wybranie odpowiednich typów podłoża PCB do Twoich potrzeb. Ponieważ już poznałeś kompletne kryteria wyboru podłoża. Musisz wziąć pod uwagę:

• Właściwości termiczne
• Właściwości elektryczne
• Właściwości chemiczne
• Właściwości mechaniczne

Jeśli znasz te właściwości, możesz wybrać wysokiej jakości podłoże dla swoich płytek drukowanych. Ponadto powinieneś również wziąć pod uwagę grubość podłoża PCB dla swojej płytki.

Oprócz właściwości podłoża, należy również wziąć pod uwagę pewne ważne cechy podłoża. Oto kilka ważnych cech poniżej:

Rodzaje materiałów podłoża PCB

Płytki drukowane mają 2 warstwy materiału, tj. górną i dolną warstwę. Górna warstwa jest bardzo ważna dla wielu celów, takich jak reakcje. Ponadto projekt płytki drukowanej zależy od tej warstwy.

Podobnie, dolna warstwa ma dobry wkład w cele projektowe. Szacunkowy rynek podłoży wynosi prawie 51 milionów kwadratowych na całym świecie. Firmy używają różnych typów podłoży PCB.

Większość producentów miesza ten materiał z epoksydem. Jednak inni mieszają go z mieszanką BT. Większość firm stosuje różne alternatywne warstwy materiału dielektrycznego. Stosują go ze wzmocnieniem lub bez.

Oto kilka podstawowych typów podłoży PCB:

Szkło włókninowe

Obejmuje dyfuzję szklanych mikrowłókien w podłożu. Są bardzo dobre przy wyższych częstotliwościach. Jednak współczynnik dyspersji w szkle nietkanym nie jest godny uwagi.

Tkane szkło

Jest to kolejny z popularnych typów podłoża PCB. Tkanina szklana jest budulcem tego podłoża. Jednak nie jest dobra ze względu na słabą stabilność termiczną i mechaniczną.

Wypełniony

Posiada określony zakres stałej dielektrycznej. Niektóre inne materiały, takie jak ceramika, zwiększają swoją stałą dielektryczną.

Istnieją różne sposoby wyboru podłoża dla Twojej płyty. Najważniejszym sposobem jest skorzystanie z pomocy doświadczonego zespołu inżynierów producentów.

Poza tym podłoże można podzielić na 4 różne kategorie, jak następuje:

Twarda/sztywna deska

Producenci stosują go do utrzymania kształtu płytki drukowanej na długości. Są to płytki drukowane na bazie ceramiki. Zapobiega to wyginaniu się płytek drukowanych lub uzyskiwaniu innych kształtów.

Deski miękkie/elastyczne

Ze względu na ich elastyczność można ich używać w wielu projektach. Można je przekształcić w dowolny obiekt lub kształt. Producenci używają tego typu, gdy obiekty muszą się wyginać. Dlatego płyty flex są idealnym wyborem w takiej sytuacji.

Płytki PCB Flex-Rigid

W różnych sytuacjach firmy łączą zarówno płyty elastyczne, jak i sztywne, aby tworzyć płytki PCB typu flex-rigid. Zawierają wiele warstw, takich jak poliimid. Główne zastosowanie płyt flex-rigid to zastosowania w lotnictwie i wojsku. Ponadto można ich używać w różnym sprzęcie medycznym.

FR-4

Jest to obecnie najbardziej przystępny cenowo i powszechny substrat, który jest laminatem z włókna szklanego i epoksydu. FR to skrót od słowa „fire retardant” (środek zmniejszający palność) i niesamowity izolator. Materiał zawiera dużą ilość bromku, który jest niereaktywnym halogenem.

MOKO Technology – Najlepsze miejsce na wysokiej jakości podłoża

Po przeczytaniu tego szczegółowego artykułu, jesteś już zaznajomiony z wymaganiami PCB. Podobnie, wiesz, jakie czynniki musisz wziąć pod uwagę przed wyborem podłoża. Te informacje są bardzo pomocne w wyborze wysokiej jakości materiału podłoża PCB dla Twoich produktów. Podłoże najlepszej jakości zapewni Ci wysokiej jakości i długotrwałe efekty.

Technologia MOKO jest najlepszym miejscem dla Produkcja PCB i złożenie. Nasz wyspecjalizowany zespół zapewnia klientom optymalne rozwiązania PCB. Inżynierowie biorą pod uwagę wszystkie kwestie przed rozpoczęciem produkcji. Spełniamy wszystkie wymagania, od środowisk aplikacji po wydajność produktu. Po zakończeniu procesu produkcyjnego przechodzimy przez wszystkie płytki drukowane z solidnego procesu testowania. Zadowolenie klienta jest naszym priorytetem. Chcesz zrealizować swój pomysł? Dlaczego się spóźniasz? Uzyskaj natychmiastową wycenę rozpoczęcia projektu!