Руководство по выбору материалов для печатных плат

Перейти к:

• Тепловые свойства
• Электрические свойства
• Влияние мощности и тепла на выбор материала печатной платы
• Гибкие и жестко-гибкие доски
• Купить печатные платы у Millennium Circuits Limited

Целью всех типов материалов для печатных плат является проведение электричества и обеспечение изоляции между проводящими слоями меди. FR-4 является наиболее широко используемым материалом в этой категории. Однако потребности вашей платы неизменно будут зависеть от различных свойств материала печатной платы. Прочтите следующее руководство по выбору материалов для печатных плат, чтобы узнать, на что обращать внимание, когда речь идет о тепловых, электрических, химических и механических свойствах различных типов материалов для печатных плат.

Варианты материалов печатных плат, классификация и соображения по свойствам подложки

Тепловые свойства

• Температура стеклования (Tg): Подложка печатной платы размягчается при воздействии температур выше определенного порога. Подложка затвердевает до своего естественного состояния после снятия с огня. Диапазон, в котором это преобразование может быть применено к подложке, известен как температура стеклования (Tg) — единица измерения, выраженная в градусах Цельсия.
• Температура разложения (Td): При воздействии температур выше определенного порога подложка печатной платы разлагается. При этом печатная плата теряет пять или более процентов своей общей массы. Диапазон температур, в котором происходит этот процесс, известен как температура разложения (Td), которая указывается в градусах Цельсия. В то время как эффекты преобразования Tg самообращаются, как только материал удаляется от температуры стеклования, влияние температуры разложения на подложку остается постоянным. Таким образом, лучше всего использовать материал для печатных плат, который может работать в температурном диапазоне вашей рабочей среды. Температура, необходимая для пайки подложки печатной платы, обычно составляет от 200°C до 250°C. В идеале Tg должна быть ниже этого диапазона, а Td должна быть выше.
• Коэффициент теплового расширения (КТР): Скорость расширения печатной платы известна как ее CTE. Когда подложка подвергается воздействию температур, превышающих ее Tg, материал также подвергается повышению КТР, который измеряется в частях на миллион (ppm). Подложка обычно имеет более высокий КТР, чем медный слой. Эта разница иногда является источником проблем с соединением при подаче тепла. Из-за ограничений, связанных с тканым стеклом вокруг материала печатной платы, КТР обычно находится в диапазоне от 10 до 20 частей на миллион по осям X и Y. Даже когда температура превышает пороговое значение Tg, КТР остается прежним. КТР должен быть минимальным по всей оси, потому что это направление, в котором материал будет расширяться. На всякий случай рекомендуется КТР 70 частей на миллион или ниже.

• Теплопроводность (k): Теплопроводность печатной платы называется теплопроводностью (k). Теплопроводность материала напрямую связана со способностью печатной платы передавать тепло. Если k-уровень низкий, то таким же будет и уровень теплопередачи, и наоборот. Показатели теплопроводности измеряются в ваттах на метр (Вт/м) в градусах Кельвина (К). Диапазон теплопроводности для многих диэлектрических материалов составляет от 0,3 до 6 Вт/мкК. Для сравнения, медь имеет k-уровень 386 Вт/м. -ºС. Таким образом, медный слой отводит тепло быстрее, чем диэлектрик в печатной плате.

Электрические свойства

• Диэлектрическая постоянная или относительная диэлектрическая проницаемость (Er или Dk): Двумя наиболее важными факторами, определяющими электрические характеристики диэлектрической проницаемости, являются импеданс и целостность сигнала. Диэлектрическая проницаемость (Er) или относительная диэлектрическая проницаемость (Dk) материала печатной платы обычно составляет от 3,5 до 5,5. Уровень Er материала зависит от частоты и обычно падает с увеличением частоты. Уровень Dk изменяется меньше на одних материалах печатных плат, чем на других. Чтобы материал был безопасным для приложений, связанных с высокими частотами, он должен поддерживать стабильную диэлектрическую проницаемость в широком диапазоне частот.

• Тангенс диэлектрических потерь или коэффициент рассеяния (Tan δ или Df): Материал теряет меньше мощности, если его тангенс угла потерь низкий. Тангенс угла диэлектрических потерь (Tan δ) материалов, используемых в печатных платах, обычно находится в диапазоне от 0,02 до 0,001. Первая цифра относится к более широко используемым материалам. Однако последняя цифра обычно относится к высококачественным материалам. Tan δ также увеличивается вместе с частотой. Когда дело доходит до цифровых схем, тангенс угла потерь, как правило, имеет второстепенное значение. Ожидания от этого правила будут включать любое приложение, где уровень частоты превышает 1 ГГц. Тангенс угла потерь более важен для аналоговых сигналов.
• Объемное удельное сопротивление (ρ): Сопротивление диэлектрического материала изоляции или электричеству известно как его объемное сопротивление (ρ). Материал печатной платы с высоким удельным сопротивлением с меньшей вероятностью будет способствовать возникновению электрических зарядов. Ом-метры (Ом-м) — а также ом-сантиметры (Ом-см) — используются для измерения удельного сопротивления данного диэлектрика. Как и все диэлектрические изоляторы, материал на печатной плате должен иметь высокое удельное сопротивление, желательно в пределах 10 ³ . до 10 ¹⁰ Мегаом-сантиметры. Внешние факторы, такие как тепло, холод и влага, могут влиять на удельное сопротивление материала.
• Удельное поверхностное сопротивление (ρS): Поверхностное сопротивление диэлектрического материала изоляции и электричеству называется поверхностным удельным сопротивлением (ρS). Как и в случае с уровнем ρ материала, ρS должен быть высоким, предпочтительно в диапазоне 10 ³ . до 10 ⁹ сМегаом на кв. Как и в случае с ρ, на уровень ρS материала могут влиять экстремальные температуры и влажность.
• Электрическая прочность: В направлении Z печатной платы способность диэлектрического материала противостоять электрическому пробою называется электрической прочностью, которая измеряется в вольтах на мил. Большинство материалов для печатных плат имеют электрическую прочность от 800 В/мил до 1 500 В/мил.

Запросить бесплатное предложение

Влияние мощности и тепла на выбор материала печатной платы

Химические свойства

• Требования к воспламеняемости (UL94): Огнезащитные свойства пластмасс, также известные как воспламеняемость пластмасс, оцениваются от самого высокого до самого низкого в Стандарте безопасности воспламеняемости пластмасс для деталей устройств и приборов (UL94). Требования к материалам печатных плат в UL94 гласят, что образцы не могут гореть более 10 секунд при горении пламенем. Для набора из пяти образцов комбинированные образцы не могут гореть более 50 секунд в режиме пламенного горения.
• Влагопоглощение: Способность диэлектрического материала противостоять такому воздействию при погружении в жидкость называется влагопоглощением. Большинство материалов для печатных плат имеют показатель влагопоглощения от 0,01 до 0,20 процента. На электрические и тепловые свойства диэлектрика влияет влагопоглощение материала.
• Стойкость к метиленхлориду: Химическая стойкость материала печатной платы называется стойкостью к метиленхлориду (MCR), которая напрямую измеряет стойкость диэлектрика к поглощению метиленхлорида. Диэлектрики часто имеют MCR от 0,01% до 0,20%.

Гибкие и жестко-гибкие доски

Механические свойства

• Прочность на отрыв: Способность соединения между диэлектрическими и медными слоями на печатной плате называется прочностью на отрыв. На этапе изготовления печатной платы прочность на отрыв проверяется на медных дорожках толщиной в одну унцию в следующих трех условиях:после термического стресса, при высоких температурах и после химического воздействия.
• Прочность на изгиб: Способность диэлектрического материала выдерживать физические нагрузки без разрушения называется прочностью на изгиб, которая измеряется в килограммах на квадратный метр или фунтах на квадратный дюйм. Чтобы проверить прочность на изгиб печатной платы, усилие прикладывается к центру, а поддерживаются только концы. Диэлектрическая прочность также измеряется модулем растяжения, который определяет соотношение напряжение/деформация материала печатной платы и то, насколько хорошо он удерживается в каждом направлении. Модуль упругости при растяжении часто называют модулем Юнга, который используется некоторыми производителями вместо прочности на изгиб в качестве меры способности печатной платы выдерживать нагрузку.
• Плотность: Плотность диэлектрического материала измеряется в граммах на кубический сантиметр (г/см3). В качестве альтернативы плотность ПХД также может измеряться в фунтах на кубический дюйм (фунт/дюйм^3).
• Время до расслоения: Продолжительность устойчивости диэлектрического материала к эффектам, вызывающим расслоение, называется «время до расслоения», которое определяет, сколько времени потребуется, чтобы слои печатной платы отделились друг от друга при воздействии температур выше определенного порога. Материал печатной платы — будь то ламинат или стекловолокно — также может расслоиться под воздействием теплового удара или влаги.

Подробнее о досках Flex и Rigid-Flex

Материал для рассмотрения HDI

Такие факторы, как низкокачественная медная фольга и диэлектрики, могут повлиять на механизмы печатной платы. При правильном выборе диэлектрических материалов вы можете предотвратить отправку печатной платой ошибочных сигналов.

Молекулярная природа диэлектриков может сделать вашу систему уязвимой к потерям. Каждый раз, когда генерируется сигнал, магнитные поля внутри молекул вибрируют. Последствия этого определяются высотой частоты сигнала. Когда возникают вибрации, энергия превращается в тепло и, следовательно, теряется в системе.

Медные проводники также могут быть причиной потерь в системе. Когда электроны отклоняются от центра проводника, частота увеличивается. Например, в медном проводнике с никелированным покрытием будут потери, так как значительное количество тока будет протекать через никель, а не через медь. В проводнике, полностью состоящем из меди, также могут наблюдаться потери, если присутствуют микрогребни, поскольку они могут направлять ток вверх и вниз и вызывать сопротивление.

Подробнее о платах HDI

Какие функции вы можете выбрать?

Чтобы предотвратить потери в вашей системе, проверьте параметры в обеих следующих категориях, чтобы убедиться, что вы выбрали материалы, которые лучше всего подходят для высоких частот:

• Основа: В подложке печатной платы содержатся различные материалы, такие как эпоксидная смола и стекловолокно. Подложка должна иметь низкую диэлектрическую проницаемость для создания высокочастотных цепей.
• Фольга: Существует несколько различных типов фольги, которые можно наносить на медь. Выберите медь, которая может наиболее надежно минимизировать сопротивление.

Низкокачественные и несоответствующие подложки и фольга могут привести к дорогостоящим потерям, но правильный выбор может помочь вам сохранить производительность печатной платы в течение длительного времени.

Рекомендации и дополнительные рекомендации

Чтобы выбрать наилучшую подложку и фольгу для высокочастотных применений, необходимо помнить об определенных правилах:

• Сопоставьте диэлектрические постоянные: На печатной плате значения Dk различных диэлектрических постоянных должны быть согласованы друг с другом. Если Dk противоречат, вероятно, возникнут проблемы. Примером несоответствующих DK может быть смола в сочетании с тканым слоем.
• Коэффициент теплового расширения (КТР): Из качеств подложки, относящихся к температуре, КТР является наиболее важным. Как и в случае с Dk, КТР между двумя подложками должен совпадать. В противном случае два субстрата могут расширяться с разной скоростью и консистенцией. В процессе изготовления разные КТР могут привести к дефектам. Когда плата используется, конфликтующие CTE могут повлиять на Dk.
• Плотное переплетение основы: Подложка должна быть плотно сплетена, чтобы материал и сетка правильно взаимодействовали. В противном случае это негативно скажется на DK.
• Не используйте FR-4: Из-за своей низкой стоимости FR-4 является распространенным выбором. Однако для цепей, генерирующих высокие частоты, FR-4 не подходит.
• Используйте только гладкую фольгу: Чтобы уменьшить потери на самых высоких частотах, используйте гладкую медную фольгу.
• Используйте проводящую фольгу: Плохие проводники могут оказывать демпфирующее воздействие на цепь. Чтобы этого не произошло, используйте только правильную проводящую фольгу.

Когда дело доходит до печатных плат, производительность зависит от качества, которое можно обеспечить только с помощью высококачественных, хорошо подобранных компонентов. Когда вы просматриваете каталоги и решаете, какая печатная плата может лучше всего удовлетворить ваши потребности, помните также о следующих соображениях:

• Стоимость: Субстраты хорошего качества могут быть значительными инвестициями. Дело в том, что вы получаете то, за что платите, когда речь идет о печатных платах. Если вы не готовы инвестировать должным образом, вы рискуете потерять гораздо больше в будущем из-за выхода из строя деталей.

• Производственные дефекты: Любой материал, предназначенный для работы на высоких частотах, всегда имеет смысл перепроверить на наличие возможных дефектов, которые характерны для ПТФЭ и некоторых других материалов.

Когда вы выбираете правильные материалы, вкладываете нужную сумму денег и проверяете наличие производственных дефектов, у вас гораздо больше шансов получить многолетнюю работу без потерь от вашей печатной платы.

Купить печатные платы у Millennium Circuits Limited

Компания Millennium Circuits Limited (MCL) предлагает первоклассные печатные платы. Каждая печатная плата, которую мы предлагаем, имеет конкурентоспособную цену и спроектирована до совершенства. Как ведущий поставщик печатных плат в Пенсильвании, наша миссия здесь, в MCL, заключается в предоставлении наилучшего обслуживания при заказе любых объемов.

От нашего скромного начала в Гаррисберге, штат Пенсильвания, подвала до нашей нынешней просторной штаб-квартиры, мы достигли сотен клиентов по всему миру с нашими искусно изготовленными печатными платами. Сегодня мы поставляем печатные платы как локально, так и за рубежом, что дает нашим клиентам больше гибкости при выборе MCL в качестве источника печатных плат.

После трех лет подряд попадания в число «50 самых быстрорастущих компаний в Центральной Пенсильвании» MCL вошла в число 250 лучших компаний штата в 2015 году — поразительный прогресс для компании, которая начала свою деятельность всего 10 лет назад с намерением в конечном итоге вырасти в ведущий поставщик печатных плат. Благодаря нашему 98-процентному рейтингу качества «Отлично» и нашей 99-процентной своевременной доставке, команда MCL может предоставить вам самое лучшее обслуживание клиентов. Чтобы узнать больше о наших печатных платах, перейдите на страницы наших продуктов и услуг и свяжитесь с нами сегодня, чтобы связаться с нашими представителями.

Запросить бесплатное предложение