Polyimide PCB-materiaalinformatie (FR4 vs. Polyamide PCB)

Spring naar:

• Wat is polyimide/polyamide PCB-materiaal?
• Wanneer moet het worden gebruikt?
• Wat is FR4 PCB-materiaal?
• Wat zijn de toepassingen van FR4?
• Waarom kiezen voor polyimide/polyamide boven FR4?
• Waar kan ik Polyimide/Polyamide PCB's krijgen?

Veel bedrijven die printplaten gebruiken, zijn tevreden met het gebruik van het standaard FR4-materiaal voor hun borden. FR4-kaarten zijn betaalbaar en effectief voor veel toepassingen. FR4-kaarten zijn echter niet het enige beschikbare materiaal voor printplaten. Sommige andere bordtypes kunnen geschikter zijn voor bepaalde toepassingen.

Een type plaatmateriaal dat u kunt overwegen, is polyimide. Er kunnen enkele polyimide PCB-materiaaleigenschappen zijn die goed passen bij de bordtoepassingen voor uw branche. Als je net begint met het gebruik van printplaten, is het handig om te weten welk materiaal het beste is voordat je ze gaat bestellen.

Als u niet zeker weet of polyimide/polyamide PCB's wel of niet geschikt voor u zijn, lees dan verder om meer te weten te komen over de eigenschappen van deze platen en hoe ze uw toepassingen kunnen beïnvloeden.

Wat is polyimide/polyamide PCB-materiaal?

Polyimiden, ook wel polyamiden genoemd, zijn polymeren die bestaan ​​uit imidemonomeren. Deze diverse groep polymeren omvat verschillende materialen, zowel natuurlijke als synthetische. Natuurlijke polyamiden zijn bijvoorbeeld zijde en wol. Bij de fabricage van PCB's worden de polyamiden die worden gebruikt voor de printplaten echter synthetisch in massa geproduceerd.

Synthetische polyimiden worden geproduceerd door het polymeriseren van verschillende chemicaliën die imidestructuren bevatten. Meestal gebruikt het proces bismaleimiden en maleïnezuuranhydride. De verschillende chemicaliën en additieven die in het proces worden gebruikt, kunnen uiteenlopende resultaten opleveren, waardoor verschillende soorten polyimiden ontstaan ​​die verschillende voordelen bieden. Hieronder vindt u enkele voorbeelden:

• Pure polyimiden: Pure Polyimiden, ook wel 2e generatie polyimiden genoemd, worden geproduceerd zonder gebromeerde vlamvertragers en andere toevoegingen. Als gevolg hiervan zijn ze thermisch stabieler en temperatuurbestendiger dan veel van de huidige alternatieven.
• 3e generatie polyimiden: Deze polyimiden bevatten additieven die de ontvlambaarheid verbeteren, wat kan helpen elektrische branden te voorkomen. Hoewel deze typen polyimiden doorgaans minder thermisch stabiel zijn, bieden ze verbeterde productietijden vanwege de lagere temperaturen en tijden die nodig zijn voor uitharding.
• Gevulde polyimiden: Gevulde polyimidesystemen bestaan ​​uit polyimide en een vulmiddel. Het polyimide produceert de benodigde thermische weerstand en flexibiliteit, maar het vulmiddel helpt de harskrimp te verminderen, wat de vorming van scheuren tijdens de uithardings- en boorprocessen helpt minimaliseren.
• Low-flow polyimiden: Deze polyimiden bestaan ​​uit verschillende harsen en vloeibegrenzers die de flexibiliteit van het materiaal verminderen.

In de loop van de tijd zullen naar verwachting meer polyimidevariaties populair worden. Zo zijn momenteel 4e generatie polyimiden in ontwikkeling, die de hechting en vochtgevoeligheid van koperfolie zouden verbeteren, evenals de algehele stabiliteit.

Wanneer moet het worden gebruikt?

Er is veel vraag naar polyimideproducten in de hele industrie, met name vanwege de flexibiliteit en sterkte van het materiaal. Dit is echter niet de enige reden waarom polyamiden de voorkeur genieten.

Bij het kiezen van een PCB-basismateriaal is het essentieel om het materiaal te kiezen dat het meest geschikt is voor de toepassing. Polyamide kan de beste keuze zijn als uw toepassing de volgende PCB-kenmerken vereist:

• Uitstekende flexibiliteit: Polyimidemateriaal wordt het meest gebruikt om flexibele en rigide-flex printplaten te produceren, omdat het materiaal uitzonderlijk flexibel is.
• Uitstekende treksterkte: Ondanks zijn flexibiliteit zijn polyimidematerialen zeer sterk en bestand tegen kromtrekken. Dit maakt het een uitstekende keuze voor elke toepassing die enige fysieke duurzaamheid vereist.
• Zeer thermisch stabiel: Polyimiden zijn extreem stabiel bij een breed temperatuurbereik. Ze kunnen de werking ondersteunen bij normaal onherbergzame temperaturen tot 260 graden Celsius. Bovendien hebben ze een goede thermische geleidbaarheid en zijn ze ook bestand tegen thermische schade tijdens de productie- en reparatieprocessen.
• Bestand tegen chemicaliën: Polyimiden zijn chemisch stabiel, wat betekent dat ze zonder negatieve effecten kunnen worden blootgesteld aan een verscheidenheid aan bijtende chemicaliën. Dit is cruciaal in toepassingen die blootstelling aan dergelijke chemicaliën omvatten.
• Zeer duurzaam: Polyimide PCB's zijn niet alleen bestand tegen hitte en chemicaliën, maar zijn ook zeer goed bestand tegen fysieke belasting. Ze behouden hun vorm ongeacht de fysieke en thermische omstandigheden die erop worden toegepast, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen in ruwe omgevingen en reparaties in het veld.

Naast deze eigenschappen hebben polyimiden de elektrische eigenschappen die nodig zijn om een ​​geweldig PCB-basismateriaal te vormen.

Wat zijn de toepassingen van polyamide PCB-materiaal?

Polyamiden, zowel natuurlijk als synthetisch, worden in een breed scala aan toepassingen gebruikt. Deze materialen zijn te vinden in voertuigen, kleding en consumentenproducten. Het meest opvallend is echter het gebruik ervan in printplaten. In het bijzonder worden polyamideplaten gebruikt om flexibele en rigide-flex PCB's te maken, die de afgelopen jaren aan populariteit hebben gewonnen en naar verwachting tussen 2017 en 2027 in marktaandeel zullen toenemen.

Flexibele en rigide-flex-platen van polyamide hebben een breed scala aan toepassingen gevonden in de PCB-industrie. Enkele voorbeelden zijn:

• Computerelektronica: Computeromgevingen, met name laptops, vereisen enige mate van flexibiliteit en duurzaamheid om de fysieke belasting van dagelijks gebruik te weerstaan. Bovendien kunnen de omgevingen waarin computerprintplaten werken uitzonderlijk heet worden. Flexibele en rigide-flex PCB's van polyamide zijn ideaal in deze omgevingen, grotendeels vanwege hun flexibiliteit, duurzaamheid en thermische stabiliteit.
• Auto-elektronica: Moderne auto's zijn sterk afhankelijk van elektronica en gebruiken vaak flexibele PCB's om de trillingen en hitte aan te kunnen die vaak in een voertuig voorkomen.
• Consumentenelektronica: Consumentenelektronica, waaronder smartphones en tablets, wordt vaak gemaakt met flexibele of rigide-flex PCB's vanwege de stress van het dagelijks gebruik. Voor mogelijke toekomstige consumentenelektronica, zoals flexibele tablets en smartphones, worden flexibele printplaten verder ontwikkeld.
• Medische industrie elektronica: Veel medische toepassingen vereisen een zekere mate van flexibiliteit in de gebruikte elektronica, vooral in het geval van implantaten, protheses en beeldvormingstechnologie, die meer beweging vereisen.
• Militaire en ruimtevaartelektronica: Lucht- en ruimtevaarttoepassingen en militaire toepassingen geven de voorkeur aan polyamidematerialen voor PCB's vanwege hun betrouwbaarheid, thermische stabiliteit en flexibiliteit. Dit is zowel te wijten aan de fysieke stressfactoren in deze industrieën als aan de frequente noodzaak van reparaties in het veld, waarvoor andere materialen minder geschikt zijn.

Kortom, polyamide is zeer wenselijk voor een breed scala aan toepassingen, voornamelijk vanwege de flexibiliteit, sterkte, duurzaamheid en thermische capaciteiten.

Wat is FR4 PCB-materiaal?

FR4 is een van de meest voorkomende substraten voor PCB's. FR4 verwijst echter niet echt naar een type materiaal - in plaats daarvan verwijst het naar een materiaalkwaliteit. De FR in FR4 staat voor "vlambestendig" en is afkomstig van een beoordelingssysteem dat is ontwikkeld door de National Electrical Manufacturers Association of NEMA. Deze kwaliteit geeft aan dat het materiaal voldoet aan de UL94V-0-norm.

Hoewel de term FR4 niet echt een materiaal beschrijft, zijn materialen van FR4-kwaliteit meestal gelamineerd glasvezel. Deze materialen worden geproduceerd door ruwe glasmaterialen te smelten en te extruderen tot filamenten van vezelgaren. Het vezelgaren wordt vervolgens samengeweven en gecoat met hars en een koppelingsmiddel om de hechting te verbeteren. Zodra alle materialen aan elkaar hechten, wordt het bord gelamineerd met koperfolie voordat het in het PCB-productieproces gaat.

Materialen van FR4-kwaliteit kunnen worden onderverdeeld in subklassen, afhankelijk van hun specifieke eigenschappen. Enkele voorbeelden worden hieronder in meer detail beschreven:

• Standaard: Standaard FR4-platen zijn gemaakt van een specifiek type glasvezel met een hoger broomgehalte, wat de vlamwerende eigenschappen van het materiaal verbetert.
• Overgang hoog glas: Glasovergang, of Tg, is de temperatuur waarbij een glasvezel instabiel wordt. Terwijl standaard FR4-kaarten een relatief lage Tg-waarde hebben, zijn er hoge Tg-kaarten beschikbaar die aanzienlijk hogere Tg-waarden en verbeterde thermische weerstand bieden.
• Halogeenvrij: Halogeenvrije FR4-platen zijn gemaakt zonder broom, een halogeen dat giftig kan zijn voor mensen. Hoewel broom de vlamwerende eigenschappen van FR4-platen ten goede komt, zijn halogeenvrije platen vaak nodig voor toepassingen waarbij menselijke interactie nodig is.

Omdat FR4 een kwaliteit is in plaats van een specifiek materiaal, kunnen de waarden van een specifiek FR4-bord variëren afhankelijk van de fabrikant. Hoewel ze doorgaans binnen een verwacht bereik vallen, zullen de thermische geleidbaarheid, buigsterkte, waterabsorptie en hardheid waarschijnlijk van bord tot bord verschillen.

Wanneer moet het worden gebruikt?

FR4 wordt beschouwd als het standaard PCB-materiaal voor de overgrote meerderheid van de toepassingen. Het is echter belangrijk om alle factoren van uw toepassing in overweging te nemen voordat u het ene materiaal boven het andere kiest. Hier volgen enkele van de belangrijkste eigenschappen van FR4 waarmee u rekening moet houden voordat u het als materiaal kiest:

• Kracht-tot-gewichtsverhouding: PCB's die een goede mechanische sterkte vereisen, gebruiken FR4 vaak vanwege de sterkte-gewichtsverhouding. Vanwege de meerdere lagen en materialen die betrokken zijn bij de productie van FR4-materiaal, biedt het een uitstekende sterkte.
• Veelzijdigheid: FR4 kan worden gebruikt als ondergrond voor verschillende soorten printplaten, waaronder enkelzijdige, dubbelzijdige en meerlaagse printplaten.
• Chemisch bestendig: FR4 is bestand tegen een breed scala aan chemicaliën en is bestand tegen de meeste soorten corrosie. Bovendien neemt dit materiaal minder water op dan andere materialen, waaronder polyamiden.
• Dimensionale stabiliteit: FR4-platen behouden hun vorm zeer goed, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor elke toepassing met meer delicate onderdelen.
• Geweldige elektrische isolator: FR4 is een bekende elektrische isolator en heeft uitstekende elektrische eigenschappen waardoor het een goede keuze is voor veel PCB-toepassingen.

Naast de bovengenoemde factoren zijn FR4-platen erg goedkoop om te produceren, wat resulteert in lagere productiekosten. Het is echter belangrijk op te merken dat standaard FR4-kaarten slechts een beperkte thermische geleidbaarheid bieden - FR4-kaarten kunnen moeite hebben met het afvoeren van warmte en onstabiel worden bij hogere temperaturen.

Wat zijn de toepassingen van FR4?

Vanwege zijn status als standaardmateriaal voor ingenieurs, wordt FR4 wereldwijd gebruikt voor een reeks verschillende toepassingen. Sommige van deze toepassingen omvatten het volgende:

• DC Board-toepassingen: De overgrote meerderheid van DC-kaarten wordt aangevuld met FR4 vanwege de lage kosten, uitstekende prestaties en toegankelijkheid.
• Laagfrequente toepassingen: FR4-kaarten worden vaak gebruikt in laagfrequente toepassingen vanwege hun lage kosten en vergelijkbaarheid met andere materialen. Hoewel FR4 niet ideaal is voor toepassingen met een hoge frequentie van meer dan 2 GHz, is het een goede keuze voor toepassingen met een lagere frequentie die functionaliteit zonder buitensporige kosten vereisen.
• Digitale toepassingen: FR4 is een zeer goede optie voor veel digitale toepassingen.

Deze toepassingen zijn te vinden in een verscheidenheid aan industrieën, van de commerciële en consumentenelektronica-industrie tot militaire en ruimtevaartontwerpen. Het is echter belangrijk op te merken dat FR4 niet wordt aanbevolen voor ontwerpen met hoge frequenties, die steeds vaker voorkomen.

Waarom kiezen voor polyimide/polyamide boven FR4?

Wanneer u kiest tussen het gebruik van Polyimide en FR4, kunt u in de verleiding komen om voor FR4 te kiezen, puur vanwege de kosten en toegankelijkheid van dit gangbare plaatmateriaal. Een keuze maken op basis van kosten is echter een slechte keuze, vooral wanneer de twee materialen enorm verschillende functionele voordelen bieden.

Als u polyamide en FR4 overweegt, houd dan rekening met de volgende voordelen van polyamide:

• Flexibiliteit: Flexibiliteit is de voornaamste reden dat u een polyimide/polyamide-plaat zou verkiezen boven een FR4-plaat. Flexibele en rigide-flex printplaten zijn meestal gemaakt van polyimide en hebben over het algemeen de voorkeur in toepassingen waar mobiliteit en gebruiksfrequentie een primaire zorg zijn.
• Goede hittebestendigheid: Als u van plan bent uw printplaat in een omgeving met veel warmte te gebruiken, is een FR4-kaart waarschijnlijk niet de beste keuze. FR4, hoewel framebestendig, heeft moeite om warmte af te voeren, wat resulteert in hotspots die het bord en de omliggende apparatuur kunnen beschadigen. Polyimide daarentegen heeft uitstekende bedrijfstemperatuurclassificaties en thermische geleidbaarheid die twee keer zo hoog is als FR4.
• Bestand tegen chemicaliën: Polyamiden bieden een uitstekende chemische weerstand, vooral tegen koolwaterstoffen zoals brandstoffen, oliën en vetten die vaak worden aangetroffen in militaire, ruimtevaart- en automobieltoepassingen. Terwijl FR4 vergelijkbare weerstand biedt, bieden polyamiden een completere corrosieweerstand gedurende lange perioden.
• Duurzaam: Hoewel FR4 sterk is, kan zijn stijfheid een probleem vormen voor toepassingen waar trillingen en hitte een probleem zijn. Hitte en fysieke belasting verminderen de structurele integriteit van FR4-platen, terwijl polyamideplaten geschikt zijn voor dergelijke situaties, met name vanwege hun flexibiliteit en treksterkte.
• Lost integratieproblemen op: Als een PCB moet worden ingebouwd in een product dat niet gemakkelijk componenten toelaat, zal een stijve printplaat zoals een FR4-kaart niet werken. In plaats daarvan kan een flexibele polyimide-printplaat worden gemaakt die in de voorziene ruimte past.

Hoewel ze duurder zijn, bieden polyimide-printplaten indrukwekkende flexibiliteit en functionele voordelen ten opzichte van traditionele FR4-kaarten. Lichtgewicht, flexibele en duurzame polyimide-printplaten hebben het potentieel om veel PCB-integratie- en ontwerpproblemen op te lossen, waardoor ze op de lange termijn kosteneffectief zijn.

Waar kan ik Polyimide/Polyamide PCB's krijgen?

Als u geïnteresseerd bent in het gebruik van polyimide in uw ontwerpen, kan Millennium Circuits Limited u helpen.

Millennium Circuits Limited kan u voorzien van hoogwaardige versies van zowat elk type printplaat dat u nodig heeft, inclusief polyimide flex-printplaten en FR4-platen, evenals keramische platen, koperen platen en andere. Vul ons eenvoudige contactformulier in voor een snelle, gratis online offerte voor printplaten. U kunt ons ook altijd bellen met 717-558-5975.

Als u niet zeker weet of polyimide flex-printplaten geschikt voor u zijn of als u hulp nodig heeft bij het bepalen welke PCB's het beste bij uw bedrijf passen, helpt een van onze PCB-experts u graag verder.

Vraag een gratis offerte aan