Полиимид vs FR-4 PCB: выбор материала для высокопроизводительных приложений

Быстрый переход:

• Что такое материал PCB полиимид/полиамид?
• Когда он должен использоваться?
• Что такое материал PCB FR4?
• Каковы применения FR4?
• Почему выбирать полиимид/полиамид вместо FR4?
• Где получить полиимид/полиамид PCB?

Многие компании, использующие печатные платы, довольны использованием стандартного материала FR4 для своих плат. Платы FR4 доступны и эффективны для многих приложений. Однако платы FR4 не единственный тип материала печатных плат. Некоторые другие типы плат могут быть более подходящи для определенных приложений.

Один тип материала платы, который вы можете рассмотреть — полиимид. Может быть, некоторые свойства материала полиимид PCB хорошо подойдут для приложений плат вашей отрасли. Если вы только начинаете использовать печатные платы, будет полезно знать, какой материал лучше до начала заказов.

Если вы не уверены, подойдут ли полиимид/полиамид PCB для вас, читайте дальше, чтобы узнать о свойствах этих плат и как они могут влиять на ваши приложения.

Что такое материал PCB полиимид/полиамид?

Полиимиды, также известные как полиамиды, — полимеры, состоящие из имидных мономеров. Эта разнородная группа полимеров включает различные материалы, как натуральные, так и синтетические. Например, натуральные полиамиды включают шелк и шерсть. В производстве PCB, однако, полиамиды, используемые для баз плат, синтетически массово производятся.

Синтетические полиимиды производятся полимеризацией различных химий, содержащих имидные структуры. Чаще всего процесс использует бисмалеимиды и малеиновый ангидрид. Разные химикаты и добавки в процессе могут производить варированные результаты, создавая различные типы полиимидов, предлагающие различные преимущества. Некоторые примеры ниже:

• Чистые полиимиды: чистые полиимиды, также известные как 2-е поколение полиимидов, производятся без бромсодержащих огнезащитителей и других добавок. В результате они более термически стабильны и температурностойки, чем многие современные альтернативы.
• 3-е поколение полиимидов: эти полиимиды включают добавки, улучшающие огнестойкость, что может помочь предотвратить электрические пожары. Пока эти типы полиимидов склонны быть менее термически стабильными, они предлагают улучшенные производственные времена из-за более низких температур и времени, нужных для отверждения.
• Наполненные полиимиды: наполненные полиимидные системы состоят из полиимида и наполнителя. Полиимид производит термическую стойкость и гибкость, нужные, но наполнитель помогает уменьшить усадку смолы, что минимизирует формирование трещин в процессах отверждения и сверления.
• Низкотекучие полиимиды: эти полиимиды состоят из различных смол и ограничителей текучести, снижающие гибкость материала.

Со временем ожидается, что больше вариаций полиимидов станут популярными. Например, 4-е поколение полиимидов сейчас в разработке, которые улучшат адгезию медной фольги и чувствительность к влаге, так же как общую стабильность.

Когда он должен использоваться?

Продукты полиимида в высоком спросе в отрасли, наиболее заметно из-за гибкости и прочности материала. Однако это не единственная причина, почему полиамиды предпочтительны.

При выборе базового материала PCB, важно выбрать материал, наилучший для приложения. Полиамид может быть вашим лучшим выбором, если ваше приложение требует следующих характеристик PCB:

• Отличная гибкость: материал полиимида чаще всего используется для производства гибких и риджид-флекс печатных плат, потому что материал исключительно гибок.
• Отличная растяжная прочность: несмотря на гибкость, материалы полиимида очень сильны и устойчивы к деформации. Это делает их отличным выбором для любого приложения, требующего некоторой физической долговечности.
• Очень термически стабильны: полиимиды экстремально стабильны в широком диапазоне температур. Они поддерживают операцию при нормально неблагоприятных температурах до 260°C. Дополнительно, у них хорошая теплопроводность и они также устойчивы к термическому повреждению в производственных и ремонтных процессах.
• Устойчивы к химикатам: полиимиды химически стабильны, означая, что они могут быть подвергнуты воздействию различных коррозионных химикатов без негативных эффектов. Это критично в приложениях, включающих воздействие таких химикатов.
• Высокая долговечность: поверх устойчивости к тепла и химикатам, полиимидные PCB высоко устойчивы к физическому стрессу. Они сохраняют форму независимо от физических и термических условий, применяемых к ним, делая их идеальными для приложений, вовлекающих суровые среды и полевые ремонты.

Поверх этих свойств, полиимиды имеют электрические свойства, нужные для отличного базового материала PCB.

Каковы применения материала PCB полиамид?

Полиамиды, как натуральные, так и синтетические, используются в широком спектре приложений. Эти материалы можно найти в транспортных средствах, одежде и потребительских продуктах. Наиболее заметно, однако, их использование в печатных платах. Специфически, полиамидные платы используются для создания гибких и риджид-флекс PCB, которые набрали популярность в последние несколько лет и ожидают расширения доли рынка между 2017 и 2027 годами.

Полиамидные гибкие и риджид-флекс платы нашли широкий спектр применений в отрасли PCB. Некоторые примеры включают:

• Компьютерная электроника: компьютерные среды, особенно ноутбуки, требуют некоторой гибкости и долговечности для выносливости физических стрессов ежедневного использования. Дополнительно, среды, в которых работают компьютерные PCB, могут становиться исключительно горячими. Полиамидные гибкие и риджид-флекс PCB идеальны в этих средах, в основном из-за их гибкости, долговечности и термической стабильности.
• Автомобильная электроника: современные автомобили сильно полагаются на электронику и обычно используют гибкие PCB для обращения с вибрациями и теплом, часто происходящим внутри автомобиля.
• Потребительская электроника: потребительская электроника, включая смартфоны и планшеты, часто делаются с гибкими или риджид-флекс PCB из-за стрессов ежедневного использования. Гибкие PCB дальше разрабатываются для потенциальной будущей потребительской электроники, таких как гибкие планшеты и смартфоны.
• Медицинская электроника: многие медицинские приложения требуют некоторой гибкости в используемой электронике, особенно в случае имплантов, протезов и технологии визуализации, которые склонны требовать больше движения.
• Военная и аэрокосмическая электроника: аэрокосмические и военные приложения склоняются к предпочтению полиамидных материалов для PCB за их надежность, термическую стабильность и гибкость. Это как из-за физических стрессоров в этих отраслях, так и из-за частой необходимости полевых ремонтов, для которых другие материалы менее подходят.

Короче, полиамид высоко желателен для широкого спектра приложений в основном из-за своей гибкости, прочности, долговечности и термических возможностей.

Что такое материал PCB FR4?

FR4 — один из самых распространенных подложек для PCB. Однако FR4 не по-настоящему относится к типу материала — вместо этого, это относится к классу материала. FR в FR4 означает «flame resistant» (огнестойкий) и идет от системы градации, разработанной Национальной ассоциацией электропроизводителей (NEMA). Этот класс указывает, что материал соответствует стандарту UL94V-0.

Хотя термин FR4 не по-настоящему описывает материал, материалы класса FR4 обычно — ламинированное стекловолокно. Эти материалы производятся плавлением сырого стекла и экструзией в филаменты волокнистой пряжи. Волокнистая пряжа затем плетется вместе и покрывается смолой и связующим агентом для улучшения адгезии. После того как все материалы прилегают друг к другу, плата ламинируется медной фольгой перед входом в производственный процесс PCB.

Материалы класса FR4 могут быть разделены на подклассы в зависимости от их специфических свойств. Некоторые примеры описаны ниже:

• Стандартный: стандартные платы FR4 сделаны из специфического типа стекловолокна с более высоким содержанием брома, улучшающим огнестойкие качества материала.
• Высокий стекловой переход (High Tg): стекловой переход, или Tg, — температура, при которой стекловолокно становится нестабильным. Пока стандартные платы FR4 имеют относительно низкое значение Tg, платы с высоким Tg доступны, предлагающие существенно более высокие значения Tg и улучшенную термическую стойкость.
• Безгалогенные (Halogen-Free): безгалогенные платы FR4 сделаны без брома, который галоген, токсичный для людей. Хотя бром благоприятствует огнестойким качествам плат FR4, безгалогенные платы часто необходимы для приложений, вовлекающих человеческое взаимодействие.

Поскольку FR4 — класс, а не специфический материал, значения конкретной платы FR4 могут варьироваться на основе производителя. Пока они обычно попадут в ожидаемый диапазон, термическая проводимость, изгибная прочность, впитывание воды и твердость, вероятно, будут отличаться от платы к плате.

Когда он должен использоваться?

FR4 считается стандартным материалом PCB для огромного большинства приложений. Однако важно рассматривать все факторы вашего приложения перед решением на один материал над другим. Следующие — некоторые из первичных качеств FR4 для рассмотрения перед выбором его как материала:

• Соотношение прочность/вес: PCB, требующие хорошей механической прочности, часто используют FR4 за его соотношение прочность/вес. Из-за множественных слоев и материалов, вовлеченных в производство материала FR4, оно предлагает отличную прочность.
• Универсальность: FR4 может использоваться как подложка для различных типов плат, включая односторонние, двухсторонние и многослойные печатные платы.
• Химически устойчивые: FR4 устойчивы к широкому спектру химикатов и устойчивы к большинству типов коррозии. Дополнительно, этот материал не впитывает воду так сильно, как другие материалы, полиамиды включены.
• Размерная стабильность: платы FR4 хорошо держат форму, делая их отличным выбором для любого приложения с более деликатными частями.
• Отличный электрический изолятор: FR4 — хорошо известный электрический изолятор и имеет отличные электрические свойства, делающие его хорошим выбором для многих приложений PCB.

В дополнение к вышеуказанным факторам, платы FR4 очень дешевы в производстве, результатом в более низких производственных затратах. Однако важно отметить, что стандартные платы FR4 предлагают только ограниченную термическую проводимость — платы FR4 могут иметь трудности с рассеиванием тепла и становиться нестабильными на более высоких температурах.

Каковы применения FR4?

Из-за своего статуса материала по умолчанию для инженеров, FR4 используется по всему миру для ряда разных приложений. Некоторые из этих приложений включают:

• Приложения DC плат: подавляющее большинство DC плат завершаются с FR4 из-за низкой стоимости, отличной производительности и доступности.
• Низкочастотные приложения: платы FR4 обычно используются в низкочастотных приложениях из-за их низкой стоимости и сравнимости с другими материалами. Пока FR4 не идеален для высокочастотных приложений выше 2 ГГц, это хороший выбор для низкочастотных приложений, требующих функциональности без чрезмерных затрат.
• Цифровые приложения: FR4 — очень хорошая опция для многих цифровых приложений.

Эти приложения можно найти в различных отраслях, от коммерческой и потребительской электроники до военных и аэрокосмических дизайнов. Однако важно отметить, что FR4 не рекомендуется для высокочастотных дизайнов, которые становятся все более распространенными.

Почему выбирать полиимид/полиамид вместо FR4?

При выборе между использованием полиимида и FR4, вы можете быть tenté выбрать FR4 чисто из-за стоимости и доступности этого распространенного материала платы. Однако выбор, основанный на стоимости — плохой выбор, особенно когда два материала предлагают огромно разные функциональные преимущества.

Если вы рассматриваете полиамид и FR4, держите в уме следующие преимущества полиамида:

• Гибкость: гибкость — первичная причина, по которой вы бы выбрали плату полиимид/полиамид вместо платы FR4. Гибкие и риджид-флекс печатные платы обычно делаются из полиимида и обычно предпочтительны в приложениях, где подвижность и частота использования — первичная забота.
• Хорошая теплостойкость: если вы планируете использовать вашу PCB в высокотемпературной настройке, плата FR4, вероятно, не лучший выбор. FR4, пока огнестойкая, имеет трудности с рассеиванием тепла, результатом в горячих точках, которые могут повредить плату и окружающее оборудование. Полиимид, с другой стороны, имеет отличные рейтинги рабочей температуры и теплопроводность, вдвое превышающую значение FR4.
• Устойчивость к химикатам: полиамиды предлагают отличную химическую стойкость, особенно к углеводородам вроде топлив, масел и смазок, часто встречающимся в военных, аэрокосмических и автомобильных приложениях. Пока FR4 предлагает похожую стойкость, полиамиды предлагают более полную коррозионную стойкость на длительных периодах.
• Долговечность: пока FR4 силен, его жесткость может ставить проблему для приложений, где вибрация и тепло — забота. Тепло и физический стресс снижают структурную целостность плат FR4, пока полиамидные платы оборудованы для обращения с такими ситуациями, особенно из-за их гибкости и растяжной прочности.
• Решает проблемы интеграции: если PCB нужно включить в продукт, который не легко допускает компоненты, жесткая печатная плата вроде FR4 не сработает. Вместо этого гибкая полиимидная PCB может быть сделана для помещения в предоставленное пространство.

Пока они дороже, полиимидные PCB предлагают впечатляющую гибкость и функциональные преимущества над традиционными платами FR4. Легкие, гибкие и долговечные, полиимидные платы PCB имеют потенциал решить многие проблемы интеграции и дизайна PCB, делая их стоимоэффективными в долгую перспективу.

Где я могу получить полиимид/полиамид PCB?

Если вы заинтересованы в использовании полиимида в ваших дизайнах, Millennium Circuits Limited может помочь.

Millennium Circuits Limited может предоставить вам высококачественные версии практически любого типа печатной платы, который вам может понадобиться, включая полиимидные флекс печатные платы и платы FR4, а также керамические платы, медные платы и другие. Для быстрого, бесплатного онлайн-расчета для печатных плат, заполните нашу простую контактную форму — и не стесняйтесь звонить нам в любое время с вопросами по 717-558-5975.

Если вы не уверены, подходят ли полиимидные флекс печатные платы для вас или вам нужна помощь определить, какие PCB были бы лучшими для вашего бизнеса, один из наших экспертов PCB будет счастлив помочь вам разобраться.

 

Запросить бесплатный расчет