Laminátové materiály PCB

Laminátové materiály PCB

Dosky s plošnými spojmi (PCB) sú základným prvkom každého elektronického zariadenia. Takže to, aký typ materiálov PCB si vyberiete, výrazne ovplyvní výrobu, výkon a životnosť vášho obvodu.

Materiály dosiek s plošnými spojmi poskytujú podporný základ, na ktorom sú zostavené stopy a komponenty.

Čo je to PCB laminát

Lamináty PCB, niekedy nazývané lamináty plátované meďou, sa skladajú z listov predimpregnovaného laminátu, ktoré sú laminované teplom a tlakom, s plátmi medenej fólie na oboch stranách.

Akonáhle živica vytvrdne, lamináty PCB sú ako plastový kompozit s plátkami medenej fólie na oboch stranách.

Výber substrátu dosky s plošnými spojmi by sa mal zvážiť z hľadiska elektrického výkonu, spoľahlivosti, požiadaviek na technológiu spracovania a ekonomických ukazovateľov.

V PCB sa používa veľa substrátov, hlavne v dvoch kategóriách: organické a anorganické.

Organické substráty sú vyrobené z vystužených materiálov, ako je sklenené vlákno, impregnované živicovými spojivami, vysušené a pokryté medenou fóliou a potom vyrobené vysokou teplotou a vysokým tlakom.

Tento typ substrátu sa tiež nazýva lamináty plátované meďou (CCL), anorganické substráty sú to hlavne keramické dosky a oceľové substráty potiahnuté smaltom.

Dosky plošných spojov sa delia na pevné dosky plošných spojov, flexibilné dosky s plošnými spojmituhé-flexibilné dosky plošných spojov podľa tuhosti a pružnosti dielektrických materiálov použitých na výrobu substrátu.

Pevná doska plošných spojov označuje dosku plošných spojov laminovanú medenou fóliou na povrchu substrátu, ktorý sa nedá ľahko ohýbať.

Vyžaduje si rovinnosť, má určitú mechanickú pevnosť a môže hrať podpornú úlohu.

Flexibilná doska plošných spojov označuje dosku plošných spojov vyrobenú z medenej fólie nalaminovanej na povrch flexibilného substrátu.

Má dobrý odvod tepla, je ultratenký a dá sa ohýbať, skladať, navíjať a ľubovoľne posúvať a naťahovať v trojrozmernom priestore.

Takže môže tvoriť trojrozmernú dosku plošných spojov.

Pevná doska s plošnými spojmi a pružná doska plošných spojov sú skombinované tak, aby vytvorili tuhú ohybnú dosku plošných spojov, ktorá sa používa hlavne na elektrické spojenie pevnej dosky plošných spojov a flexibilnej dosky plošných spojov.

Dosky plošných spojov sa delia na jednostranný, obojstrannýa viacvrstvové dosky podľa počtu vrstiev medeného plátu.

Jednostranná doska označuje dosku s plošnými spojmi, na ktorej je len jeden povrch izolačného substrátu pokrytý vodivými vzormi.

Obojstranná doska sa vzťahuje na dosku s plošnými spojmi s vodivými vzormi na oboch stranách izolačného substrátu, to znamená, že vodiče na oboch stranách pólu obvodu sú spojené cez podložky a priechodky.

Viacvrstvová doska označuje dosku s plošnými spojmi vytvorenú striedavým spájaním vrstvy medenej fólie a izolačného substrátu.

Ak ide o štvorvrstvovú medenú fóliu, nazýva sa to 4vrstvová doska. Ak je pokrytá medenou fóliou na šiestich stranách, nazýva sa to 6-vrstvová doska.

Elektrické prepojenie medzi vrstvami dosky je cez podložky, cez otvory, slepé otvory a zakopané otvory.

Počkajte doteraz. Väčšina základných dosiek má v súčasnosti štruktúru 4-10 vrstiev, PCBMay môže dosiahnuť 40 vrstiev.

Pri vývoji PCB sa používa viacero typov materiálov a každý materiál má jedinečné vlastnosti.

Väčšina použitých materiálov PCB je vylepšený substrát z epoxidovej živice, sklenené vlákno a substrát z epoxidovej živice viazaný medenou fóliou.

Výber materiálu závisí od niekoľkých faktorov, ako je aplikácia, špecifikácie, podmienky prostredia a náklady.

Predtým, ako pristúpime k podrobnostiam o výbere materiálu dosky plošných spojov, mali by sme vedieť o dostupných typoch materiálov PCB a o tom, ako sa líšia.

Vytlačená obvodová doska

Vytlačená obvodová doska

Typy materiálov dosiek plošných spojov

Účel všetkých dosiek plošných spojov je rovnaký, položiť základ pre obvod.

Materiály dosiek plošných spojov však značne ovplyvňujú spoľahlivosť a životnosť obvodov. Je to preto, že každý materiál dosky má svoje vlastné jedinečné vlastnosti.

FR-4

FR4 je celosvetovo najpoužívanejší materiál pre substráty dosiek plošných spojov.

„FR4“ označuje triedu materiálov, ktoré sú navrhnuté podľa noriem NEMA LI 1-1998.

Materiály FR4 majú dobrú tepelnú, elektrickú a mechanickú pevnosť. Navyše ich hmotnostné charakteristiky ich robia ideálnymi pre väčšinu elektronických aplikácií.

Lamináty a predimpregnované lamináty FR4 sa zvyčajne vyrábajú z epoxidovej živice a skla.

Hoci dosky plošných spojov na báze materiálu FR-4 sú vyvinuté pre obvody vyžadujúce maximálne štrnásť vrstiev, bežne sa používajú pre dvojvrstvové dosky plošných spojov.

Tepelná účinnosť materiálu FR-4 je obmedzená, ale kombináciou aditív možno zvýšiť jeho tepelnú účinnosť, výkonové špecifikácie a horľavosť UL.

Okrem toho takéto kombinácie môžu tiež zvýšiť schopnosť dosky odolávať mechanickému namáhaniu.

Lamináty a predimpregnované lamináty FR4 sú vhodné na hromadnú výrobu s konzistentným výkonom.

Materiál vytvára vysoko štandardné jadro dosky s plošnými spojmi, pričom zachováva efektívnu rovnováhu medzi cenou, spoľahlivosťou, odolnosťou, výkonom a výrobnou kapacitou.

PCB FR4

PCB FR4

Polyimidový laminát

Polyimidové lamináty majú vyššiu teplotnú účinnosť a spoľahlivosť ako materiály FR4.

Polyimidy však stoja viac ako FR4, ale poskytujú lepšiu mieru prežitia v drsných podmienkach prostredia.

Sú vysoko robustné a ich nízka miera rozťažnosti počas tepelných cyklov z nich robí dobrú zhodu pre viacvrstvové konštrukcie.

Polyimid PCB

Polyimid PCB

Teflónový laminát

Teflónový laminát materiály dodávajú doske plošných spojov vynikajúce elektrické vlastnosti, vďaka čomu sú ideálne pre vysokorýchlostné obvody.

Teflónové materiály sú však drahšie ako polyimidy. Na sklo je možné nanášať teflónový materiál v kombinácii s prísadami pre mechanickú pevnosť.

Výroba teflónových dosiek plošných spojov zahŕňa zložité postupy a vysoko technické vybavenie.

Výrobný dopyt po teflónových doskách plošných spojov je nižší ako pri bežných typoch plošných spojov.

PTFE PCB

PTFE PCB

Flexibilný laminát

Pružné lamináty sú kompaktné, čo umožňuje, aby sa obvod rýchlo zložil bez ovplyvnenia elektrickej kontinuity.

Nemajú žiadnu nosnú sklenenú tkaninu; namiesto toho sú vyrobené na plastovej fólii.

Flexibilné laminátové dosky plošných spojov sú najvhodnejšie na účely jednorazovej inštalácie, pretože sa môžu nepretržite skladať bez ovplyvnenia životnosti obvodu.

Pre citlivé obvody sa bežne používajú materiály s vyššou teplotou, ako je polyimid a polyméry tekutých kryštálov.

Vzhľadom na tenkosť flexibilných laminátov si vývoj flexibilných dosiek plošných spojov vyžaduje špecializované vybavenie a procesy.

Flexibilný materiál PCB

Flexibilný materiál PCB

Iné materiály

Okrem vyššie uvedených materiálov je na trhu k dispozícii mnoho ďalších laminátov a spojovacích materiálov.

Tieto materiály zahŕňajú kyanátový ester, keramikaa zmiešané siete, ktoré integrujú živice, aby získali elektrické a mechanické vlastnosti.

Pretože ich objemy výroby sú oveľa menšie ako FR4 a výroba je pomerne komplikovaná, sú všeobecne považované za nákladné alternatívy pre vývoj dosiek plošných spojov.

Keďže teraz vieme o materiáloch dosiek plošných spojov používaných v komerčnom meradle, poďme zistiť, ako výrobcovia vyberajú konkrétny typ materiálu.

Vlastnosti, ktoré treba zvážiť pri výbere materiálu PCB

Výber materiálu dosky s plošnými spojmi je značne technický proces.

Dizajnéri musia zvážiť určité špecifikácie, ako sú tepelné, elektrické, výkonové a tepelné parametre.

Okrem toho je pri výbere materiálov potrebné mať na pamäti chemické a mechanické vlastnosti.

Tepelné vlastnosti

  • Teplota skleného prechodu (Tg): Substrát je citlivý na špecifický teplotný rozsah, nad ktorým substrát po ochladení mäkne a tvrdne do pôvodného stavu. Tg predstavuje teplotný rozsah, v ktorom k tejto transformácii dochádza. Tg sa vyjadruje v stupňoch Celzia.
  • Teplota rozkladu (Td): Substrát dosky s plošnými spojmi sa rozkladá, keď je odkrytý pri teplotách nad určitý prah. Doska s plošnými spojmi stráca päť alebo viac percent svojej celkovej hmotnosti. Hneď ako sa materiál oddelí od teploty jeho skleného prechodu, transformácia Tg sa obráti. Teplota rozkladu (Td) predstavuje prah, nad ktorým dochádza k rozkladu. Najpriamejším prístupom je použitie materiálu, ktorého teplota rozkladu je vyššia ako prevádzkový teplotný rozsah dosky plošných spojov.
  • Koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE): Rýchlosť expanzie dosky s plošnými spojmi sa nazýva CTE. Táto expanzia nastáva, keď je substrát vystavený teplotám nad jeho CTE, materiál expanduje. Táto expanzia sa meria v miliónoch (ppm). Vo všeobecnosti má substrát vyšší CTE ako vrstva medi. Tento rozdiel často spôsobuje problémy so spojeniami, keď sa aplikuje teplo. Kvôli obmedzeniam skrúteného skla okolo obsahu PCB sa CTE mení od 10 do 20 ppm pozdĺž osi X a Y. Aj keď prahová hodnota prekročí Tg, CTE zostáva rovnaká.
  • Tepelná vodivosť (k): Tepelná vodivosť znamená tepelne vodivé vlastnosti dosky plošných spojov. Tepelná vodivosť materiálu je priamo spojená so schopnosťou prenosu tepla dosky plošných spojov. Keď je hladina K nízka, úroveň prenosu tepla zostáva rovnaká. Medená vrstva prenáša teplo rýchlejšie ako dielektrické teplo v platforme. Rýchlosť tepelnej vodivosti v Kelvinoch (K) sa počíta vo wattoch na meter.

Elektrické vlastnosti

  • Dielektrická konštanta (Er): Spojitosť dielektrickej konštanty je určená impedanciou a integritou signálu. Dielektrická konštanta typického materiálu PCB sa pohybuje medzi 3.5 a 5.5 (Er). Množstvo Er látky závisí od frekvencie a vo všeobecnosti klesá so zvyšujúcou sa frekvenciou. Na niektorých materiáloch PCB sa relatívna permitivita (Dk) mení menej v porovnaní s ostatnými. Pre bezpečnosť vysokofrekvenčných aplikácií sa musí udržiavať stabilná dielektrická konštanta v širokom spektre frekvencií.
  • Tangenta dielektrickej straty (Tan δ): Ak je tangenta straty dosky plošných spojov nízka, materiál stráca menšiu pevnosť. Tangent dielektrických strát (Tan β) materiálov používaných v doskách plošných spojov je bežne medzi 0.02 a 0.001. Prvý údaj označuje najpoužívanejšie materiály. Posledný údaj sa vzťahuje na materiály vyššej kategórie. S frekvenciou Tan μ stúpa. Stratová tangenta je zvyčajne malá, keď hovoríme o digitálnych obvodoch. Akákoľvek aplikácia, kde sa úroveň frekvencie zvýši až na 1 GHz, bude mať očakávania pre tento zákon. Pre analógové signály je stratová tangenta mimoriadne dôležitá.
  • Objemový odpor (ρ): Objemový odpor (ρ) dielektrického materiálu je izolačným materiálom pre elektrinu. Materiál dosky plošných spojov s vysokým odporom je najmenší možný na uľahčenie elektrického zaťaženia. Odpor dielektrika možno vypočítať pomocou jednotiek ohmmetrov (Ω-m) a ohm centimetrov (Ω-cm). Materiál na doske plošných spojov musí mať, podobne ako celodielektrické izolátory, vysoký odpor, ideálne v rozsahu od 103 do 1010 megaohmov. Vonkajšie faktory, ako je teplo, chlad a vlhkosť, môžu ovplyvniť odpor materiálu.
  • Povrchový odpor (ρS): Každý dielektrický materiál má povrchový odpor izolácie a elektriny, ktorý sa nazýva povrchový odpor (ρS). Približne na úrovni ρ musí mať ρS vysokú hodnotu v ideálnom prípade od 103 do 109 megaohmov na štvorcový. Rovnako ako v prípade ρ, vysoká teplota a vlhkosť môžu ovplyvniť povrchový odpor materiálu.
  • Elektrická pevnosť: Potenciál dielektrického materiálu vydržať elektrický prieraz je známy ako jeho elektrická pevnosť. Elektrická pevnosť dosky s plošnými spojmi sa vypočíta vo voltoch/mil. Elektrická pevnosť bežne používaných materiálov dosiek s plošnými spojmi leží medzi 800 V/míľu a 1500 V/mil.

Montáž PCB Elektr

Montáž PCB Elektr

Chemické vlastnosti

  • horľavosť: Dosky s plošnými spojmi sú náchylné na silné horenie, ak je materiál vysoko horľavý. UL 94, štandard pre bezpečnosť horľavosti, pomáha identifikovať povahu materiálu, ak je zapálený. Podľa definovaných noriem horľavosti nesmie dobrý materiál zostať zapálený dlhšie ako desať sekúnd po odstránení zdroja plameňa. V opačnom prípade materiál nespĺňa normy UL 94 a má teda vysokú horľavosť.
  • Absorpcia vlhkosti: Schopnosť dielektrika odolávať vlhkosti objasňuje jeho schopnosť absorbovať vlhkosť, najmä keď je ponorený do tekutiny. Najbežnejšie materiály dosiek s plošnými spojmi majú hodnoty absorpcie vlhkosti v rozmedzí od 0.01 % do 0.20 %. Absorpcia vlhkosti substrátu tiež ovplyvňuje elektrické a tepelné vlastnosti dielektrika.
  • Odolnosť voči metylénchloridu: Chemická odolnosť materiálu dosky s plošnými spojmi sa nazýva odolnosť voči metylénchloridu (MCR), ktorá testuje dielektrickú odolnosť, najmä proti absorpcii metylénchloridu. Dielektrická pevnosť má zvyčajne MCR 0.01 % až 0.20 %.

Mechanické vlastnosti

  • Sila odlupovania: Spojenie na doske s plošnými spojmi medzi dielektrikom a medenými vrstvami je definované ako pevnosť v odlupovaní.
  • Ohybová pevnosť: Schopnosť dielektrického materiálu odolávať fyzickému namáhaniu bez zlomenia je známa ako pevnosť v ohybe. Meria sa v kilogramoch na meter štvorcový. Sila sa aplikuje v strede, aby sa skontrolovala pevnosť dosky s tlačeným zariadením v ohybe, zatiaľ čo konce sú zachované. Dielektrická pevnosť sa často počíta pomocou ťahového modulu, ktorý určuje pomer napätia/deformácie materiálu dosky s plošnými spojmi a ako dobre dokáže odolávať namáhaniu v rôznych uhloch. Trakčný modul sa tiež nazýva Young modul, ktorý používajú rôzni výrobcovia na meranie schopnosti dosky plošných spojov odolávať namáhaniu namiesto pevnosti v ohybe.
  • Hustota: Hustota dielektrického materiálu sa počíta v gramoch na centimeter kubický. Okrem toho možno hustotu PCB merať aj v librách na kubický palec.
  • Čas do delaminácie: Čas potrebný na delamináciu dielektrického materiálu sa nazýva čas do delaminácie. Objasňuje, ako dlho môžu vrstvy dosky s plošnými spojmi zostať vystavené teplotám nad určitým prahom, kým sa od seba oddelia. Materiál sa môže delaminovať, ak je vystavený tepelnému šoku alebo vlhkosti, ktorá prekračuje čas na delamináciu.

Faktory, ktoré treba zvážiť pri výbere materiálu dosky plošných spojov

Kvalita

Pri výbere materiálu dosky plošných spojov je najdôležitejším faktorom kvalita.

Kdekoľvek má doska plošných spojov po zložení slúžiť, musí fungovať v súlade s požadovanými špecifikáciami.

Je to však možné iba vtedy, ak je na navrhovanej doske umiestnený správny materiál; takže pri fyzickej námahe funguje správne.

Štát

Vzhľadom na rôznorodosť materiálov dosiek plošných spojov si dizajnéri môžu vždy vybrať tie najkvalitnejšie materiály.

Mnoho dizajnérov používa zlaté alebo spájkovacie jazýčky pri navrhovaní. Ale zlaté karty sú trochu drahé.

V mnohých prípadoch je nepraktické vyberať drahý materiál, pretože je potrebné zvážiť celkové náklady.

Pri výbere materiálu dosky plošných spojov by ste mali mať na pamäti náklady.

Výkon

Ako už bolo vysvetlené, vlastnosti dosky s plošnými spojmi sa líšia v závislosti od typu materiálu.

Niektoré materiály sú náchylné na intenzívne horenie, ak sú krátkodobo vystavené plameňu, zatiaľ čo iné materiály môžu horeniu odolávať.

Podobne sa menia tepelné podmienky materiálov a ich schopnosť odvádzať teplo ovplyvňuje ich fungovanie.

Doska musí byť schopná odolať vysokým prúdom, čo si normálne vyžaduje širšie stopy a hrubú meď.

Je zrejmé, že výber vhodného materiálu PCB nie je taký jednoduchý, ako sa zdá; pred výberom vhodného typu je potrebné zvážiť všetky vyššie uvedené faktory.

Nasledujú niektoré z najbežnejšie používaných materiálov dosiek plošných spojov.

Tu je veľa údajových listov laminátových materiálov, sú pre vás užitočné a užitočné, pozrite si ich:

SUPPLIERDPS LAMINÁTTYPMATERIÁLOVÝ LISTTGTDnevie (1 MHz)DK (1 GHz)DK (10 GHz)
KBKB-6160FR4DOWNLOAD1353054.35--
KB-6160AFR4DOWNLOAD1353054.35--
KB-6160CFR4DOWNLOAD1353144.7--
KB-6150
KB-6150C
FR4DOWNLOAD1323054.6--
KB-6164FR4DOWNLOAD1423304.8--
KB-6164FFR4DOWNLOAD1453404.8--
KB-6165FFR4DOWNLOAD1503464.8--
KB-6167FFR4DOWNLOAD1703494.8--
SHENGYIS1141FR4DOWNLOAD1353104.6--
S1141KFFR4DOWNLOAD1403504.7--
S1000FR4DOWNLOAD1553354.9--
S1170FR4DOWNLOAD1703354.6--
S1000-2FR4DOWNLOAD1703354.8--
S1155FR4DOWNLOAD1353704.7--
ITEQIT-158FR4DOWNLOAD1503404.6-4.8--
IT-180FR4DOWNLOAD1803504.5-4.7--
TUCTU-768FR4DOWNLOAD180350-4.3-4.44.3
TU-872Modifikovaný epoxidDOWNLOAD200340-3.8-4.03.8
ROGERS3003 ROCer/PTFEDOWNLOAD-500--3
3010 ROCer/PTFEDOWNLOAD-500--10.2
4003 ROUhľovodík/CerDOWNLOAD> 280425--3.38
RO 4350BUhľovodík/CerDOWNLOAD> 280390--3.48
RT/duroid 5880PTFE/skloDOWNLOAD-500--2.2
ISLANDPolyclad 370HRFR4DOWNLOAD1703404.8-5.1--
FR406-HRFR4DOWNLOAD1903253.913.863.81
FR408-HRFR4DOWNLOAD2003603.723.693.65
P96polyimidDOWNLOAD260416-3.783.73
HitachiMCL-BE-67GModifikovaný epoxidDOWNLOAD1403404.94.4-
MCL-E-679FFR4DOWNLOAD1703504.2-4.44.3-4.5-
MCL-LX-67YŠpeciálny laminátDOWNLOAD185-195325-345-3.4-3.6-
NelcoN4000-13Modifikovaný epoxidDOWNLOAD210-240365-3.73.6
N4000-13EPModifikovaný epoxidDOWNLOAD210-240350-3.43.2
N4000-13SIModifikovaný epoxidDOWNLOAD210-240350-3.43.2
N4000-13EP SIModifikovaný epoxidDOWNLOAD210-240350-3.43.2
TaconicTLX-6PTFEDOWNLOAD----2.65
TLX-7PTFEDOWNLOAD----2.6
TLX-8PTFEDOWNLOAD----2.55
TLX-9PTFEDOWNLOAD----2.45
RF35PTFEDOWNLOAD-3.5-3.5
TLC-27PTFEDOWNLOAD----2.75
TLC-30PTFEDOWNLOAD----3
TLC-32PTFEDOWNLOAD----3.2
ArlonArlon 25NcerDOWNLOAD260---3.38
Arlon 25FRcerDOWNLOAD260---3.58
Arlon 33NPolymidDOWNLOAD> 2503534--
Arlon 35NPolymidDOWNLOAD> 2503634.2--
Arlon 85NPolymidDOWNLOAD2503874.2--
StablcorST325-DOWNLOADTepelná vodivosť: 75w/mk (s 1oz medi)
ST10-DOWNLOADTepelná vodivosť: 325w/mk (s 1oz medi)
panasonicR-1566WFR4DOWNLOAD1403304.954.74.65
VentecVT-901PolymidDOWNLOAD2503904.2-4.54.0-4.3-
VT-90HPolymidDOWNLOAD2503904.2-4.54.0-4.3-
Bergquistht-04503-DOWNLOADTepelná vodivosť: 2.2w/mk (s 1oz medi)
Prejdite na začiatok

Získajte rýchlu cenovú ponuku!

x
Nahrať súbor

Získajte rýchlu cenovú ponuku!

x
Nahrať súbor