Полиимидная печатная плата и FR4 PCB являются двумя наиболее распространенными типами печатных плат. Хотя оба являются полимерными субстратами, хорошо подходящими для печатных плат, полиимид и FR4 обладают своими собственными отличительными характеристиками, которые делают их более подходящими для определенных условий по сравнению с другими. В этом блоге мы объясняем их основные различия и даем советы о том, как выбирать между ними. Давайте читать дальше.
Различия между полиимидными печатными платами и печатными платами FR4
- Типы меди
Большинство плат FR4 используют электроосажденную медную фольгу с вертикальной структурой зерна, оптимизированную для жестких плат. Полиимиды чаще используют прокатанную отожженную медь, специально разработанную для выдерживания многократного изгиба без усталости металла или растрескивания. Ориентация медного зерна также соответствует оси изгиба для максимальной прочности.
- Строительство
FR4 состоит из эпоксидной смолы, слоев тканого стекловолокна и меди. Количество слоев стекловолокна определяет общую толщину. Волокна пропитываются эпоксидной смолой, а затем отверждаются вместе со слоями меди под воздействием тепла и давления, образуя жесткую плату. В отличие от этого, полиимидные платы содержат только полиимидный пластиковый полимер и медь. Полиимид отливается на медную фольгу в жидкой форме, затем полностью отверждается до твердого, гибкого состояния.
- Диапазоны толщины
Армирование стекловолокном ограничивает, насколько тонким может быть изготовлен FR4. Обычные толщины варьируются от 2 до 125 мил. Без стекловолокна полиимиды могут быть изготовлены в виде тонких пленок толщиной от 1/2 до 3 мил. Это позволяет создавать чрезвычайно тонкие, гибкие конструкции, идеально подходящие для динамических изгибающих приложений.
- Гибкость
Полиимидные платы очень гибкие, что делает их подходящими для приложений, требующих многократного изгибания или формования для соответствия определенным пространствам. Их чрезвычайная гибкость позволяет создавать сложные геометрии, которые невозможно достичь с помощью традиционно жестких плат FR4. Мобильность улучшается, а установка внутри продуктов с ограничениями пространства становится проще по сравнению с FR4.
- Поглощение влаги
FR4 на основе эпоксидной смолы поглощает очень мало влаги из окружающей среды, около 0.2-0.5% от общего веса. В отличие от этого, полиимид может поглощать до 2% влаги по весу. Это не влияет на производительность полиимидных схем, но поглощенную влагу необходимо удалить с помощью процесса обжига перед сборкой, чтобы предотвратить повреждение от быстрого расширения пара и расслаивание проблемы во время пайки.
- Теплостойкость
Полиимид имеет гораздо более высокую максимальную рабочую температуру, чем FR4, рассчитанную на непрерывное использование до 300°C. Он лучше противостоит тепловой деградации с течением времени. Это означает, что полиимидные платы долгое время выдерживают воздействие высоких температур. Теплопроводность также вдвое выше, чем у стандартных плат, армированных стекловолокном.
Дополнительная литература: Полное руководство по теплопроводности FR4
- Химическая устойчивость
В дополнение к тепловым характеристикам полиимидные платы обеспечивают коррозионную и химическую стойкость, превосходящую FR4. Их прочная полимерная матрица защищает от топлива, масел, растворителей в течение значительно более длительного времени. Без восприимчивых компонентов, таких как эпоксидная смола или стекловолокно, полиимид выдерживает более концентрированные химические растворы без деградации.
- Долговечность в условиях стресса
Вибростойкость и прочность на разрыв значительно выше у полиимидных плат. Гибкость предотвращает трещины от физических ударов, которые нарушают целостность жестких эпоксидно-стеклянных плат. Полиимид лучше сохраняет механическую и электрическую надежность на протяжении тысяч циклов изгиба, а также непрерывной вибрации.
В следующей таблице приведены некоторые конкретные данные для более наглядного сравнения различий между печатными платами FR4 и полиимидными печатными платами:
| Типы печатных плат Основные свойства | FR4 PCB | Polyimide Печатные платы |
| Теплопроводность | 0.25 Вт / мК | 0.2 Вт / мК |
| Диэлектрическая постоянная (на частоте 1 ГГц) | 4.25-4.55 | ~ 3.4 до 3.8 |
| Коэффициент рассеяния (на частоте 1 ГГц) | 0.016 | 0.003 |
| Сопротивление дуги | 125 с | 143 с |
| Удельный вес | 1.8 – 1.9 | 1.3 - 1.4 |
| Водопоглощение | 0.2-0.5% | 1-2% |
| Предел прочности на разрыв | 70-90 МПа | 200-300 МПа |
| Температура перехода в стеклообразное состояние (Tg) | 130-140 ° C | > 250 ° С |
Полиимидные печатные платы и печатные платы FR4: как выбрать?
Выбор между использованием печатной платы FR4 и полиимидной печатной платы зависит в первую очередь от области применения и ее конкретных требований:
Плиты FR4 будут лучшим выбором для:
- Применения с ограниченным бюджетом, где не требуется высокая прочность. FR4 — более дешевый вариант.
- Низкочастотные цифровые схемы, которые не выделяют много тепла. FR4 выдерживает умеренные температуры до 100°C.
- Жесткие плиты для изделий, где не требуется гибкость. Армирование стекловолокном делает плиты FR4 размерно стабильными, но негибкими.
Полиимидные платы предпочтительнее для:
- Гибкие/жестко-гибкие схемы, которые должны динамически изгибаться во время использования. Полиимидная печатная плата имеет выдающийся срок службы при изгибе и усталостную прочность.
Узнайте разницу между гибкими и гибко-жесткими печатными платами, прочитав «Жесткая гибкая печатная плата против гибкой печатной платы
- Высокочастотные аналоговые схемы. Полиимид имеет более низкую диэлектрическую постоянную и потери для лучшей целостности сигнала.
- Электроника для экстремальных условий эксплуатации, подверженная воздействию высоких температур свыше 150°C. Полиимид выдерживает температуру свыше 250°C.
- Изделия с проверкой надежности, например, на вибрацию, удары, влажность или попадание пыли. Полиимидные платы более прочные.
- Критически важная электроника, требующая максимальной прочности с минимальным риском отказа. Аэрокосмическая и военная промышленность отдают предпочтение полиимидам.
По сути, выбирайте экономичный FR4 для базовых межсоединений без особых требований, в то время как полиимиды отвечают экстремальным требованиям, требующим максимальной физической устойчивости и устойчивости к воздействию окружающей среды.
Выводы
Оценка контрастов между этими двумя материалами по таким факторам, как термостойкость, долговечность и механическая прочность, является ключом при определении оптимального выбора для электронного проекта на основе его конкретных требований и условий эксплуатации. Вдумчивый анализ спецификаций применения наряду с соответствующими профилями свойств полиимида и FR4 позволяет сделать обоснованный выбор материала, который соответствует уникальным целям и ограничениям в игре. Понимая компромиссы, инженеры могут быть уверены, указывая Подложка для печатной платы которые наилучшим образом удовлетворят их потребности и будут работать так, как задумано, в целевом устройстве или системе.
