Selectiegids voor PCB-materiaal

Ga naar:

• Thermische eigenschappen
• Elektrische eigenschappen
• Invloed van stroom en warmte op de selectie van PCB-materiaal
• Flex- en Rigid-Flex-borden
• Koop PCB's bij Millennium Circuits Limited

Bij alle PCB-materiaalsoorten is het doel om elektriciteit te geleiden en isolatie tussen geleidende lagen koper te bieden. FR-4 is het meest gebruikte materiaal in deze categorie. De behoeften van uw bord zijn echter altijd afhankelijk van verschillende PCB-materiaaleigenschappen. Lees de volgende selectiegids voor PCB-materiaal om te leren waar u op moet letten als het gaat om de thermische, elektrische, chemische en mechanische eigenschappen van verschillende PCB-materiaalsoorten.

PCB-materiaalopties, classificaties en overwegingen met betrekking tot substraateigenschappen

Thermische eigenschappen

• Glasovergangstemperatuur (Tg): Een PCB-substraat wordt zacht bij blootstelling aan temperaturen boven een bepaalde drempel. Het substraat hardt weer uit tot zijn natuurlijke staat als het eenmaal van de hitte is verwijderd. Het bereik waarop deze transformatie op een substraat kan worden toegepast, staat bekend als de glasovergangstemperatuur (Tg) - een eenheid uitgedrukt in graden Celsius.
• Ontledingstemperatuur (Td): Bij blootstelling aan temperaturen boven een bepaalde drempel zal een PCB-substraat ontleden. Daarbij verliest de PCB vijf procent of meer van zijn totale massa. Het temperatuurbereik waarin dit proces plaatsvindt, staat bekend als de ontledingstemperatuur (Td), die wordt aangegeven in graden Celsius. Terwijl de effecten van een Tg-transformatie zichzelf omkeren zodra het materiaal van de glasovergangstemperatuur is verwijderd, zijn de effecten van de ontbindingstemperatuur op een substraat permanent. Daarom kunt u het beste PCB-materiaal gebruiken dat het temperatuurbereik van uw werkomgeving aankan. De temperatuur die nodig is om een ​​PCB-substraat te solderen, ligt over het algemeen tussen 200 ° C en 250 ° C. Idealiter zou de Tg onder dat bereik moeten liggen en zou de Td hoger moeten zijn.
• Thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE): De expansiesnelheid van een PCB staat bekend als de CTE. Wanneer een substraat wordt blootgesteld aan temperaturen die zijn Tg overschrijden, zal het materiaal ook een stijging van de CTE ondergaan, die wordt gemeten in delen per miljoen (ppm). Een substraat zal in het algemeen een hogere CTE hebben dan een koperlaag. Dit verschil is soms de bron van verbindingsproblemen wanneer warmte wordt toegepast. Vanwege de beperkingen van geweven glas rond PCB-materiaal, ligt CTE typisch in het bereik van 10 tot 20 ppm over de X- en Y-assen. Zelfs wanneer de temperatuur de Tg-drempel overschrijdt, blijft de CTE hetzelfde. De CTE moet over de as tot een absoluut minimum worden beperkt, omdat dit de richting is waarin het materiaal zal uitzetten. Voor de zekerheid wordt een CTE van 70 ppm of minder aanbevolen.

• Thermische geleidbaarheid (k): De warmtegeleidende eigenschappen van een printplaat worden thermische geleidbaarheid (k) genoemd. De thermische geleidbaarheid van een materiaal houdt rechtstreeks verband met het vermogen van de PCB om warmte over te dragen. Als het k-niveau laag is, is dat ook het niveau van warmteoverdracht en vice versa. Thermische geleidbaarheidssnelheden worden gemeten in watt per meter (W/M) bij Kelvin (K). Het thermische geleidbaarheidsbereik voor veel diëlektrische materialen ligt tussen 0,3 en 6 W/mk. Ter vergelijking:koper heeft een k-niveau van 386 W/M -ºC. Als zodanig draagt ​​de koperlaag de warmte sneller dan het diëlektricum in een PCB.

Elektrische eigenschappen

• Diëlektrische constante of relatieve permittiviteit (Er of Dk): Twee van de belangrijkste factoren die de elektrische prestaties van een diëlektrische constante bepalen, zijn impedantie en signaalintegriteit. De diëlektrische constante (Er) of relatieve permittiviteit (Dk) van een PCB-materiaal ligt over het algemeen tussen 3,5 en 5,5. Het Er-niveau van een materiaal hangt af van de frequentie en zal gewoonlijk dalen naarmate de frequentie stijgt. Het Dk-niveau verandert op bepaalde PCB-materialen minder dan op andere. Om een ​​materiaal veilig te maken voor toepassingen met hoge frequenties, moet het een stabiele diëlektrische constante behouden over een breed frequentiebereik.

• Diëlektrisch verlies tangens of dissipatiefactor (Tan δ of Df): Een materiaal verliest minder vermogen als de verliesraaklijn laag is. De diëlektrische verliesraaklijn (Tan δ) van materialen die worden gebruikt in printplaten ligt over het algemeen in het bereik van 0,02 tot 0,001. Het eerste cijfer geldt voor de meer gebruikte materialen. Dit laatste cijfer geldt echter over het algemeen voor hoogwaardige materialen. Tan δ neemt ook toe met de frequentie. Als het gaat om digitale schakelingen, is verlies-raaklijn over het algemeen een factor van ondergeschikt belang. Verwachtingen aan deze regel zouden elke toepassing omvatten waarbij het frequentieniveau 1 Ghz overschrijdt. Verliestangens heeft meer gevolgen voor analoge signalen.
• Volumeweerstand (ρ): De weerstand van een diëlektrisch materiaal tegen isolatie of elektriciteit staat bekend als de volumeweerstand (ρ). PCB-materiaal met een hoge soortelijke weerstand zal minder snel elektrische ladingen vergemakkelijken. Ohm-meters (Ω-m) - evenals ohm-centimeter (Ω-cm) - worden gebruikt om de soortelijke weerstand van een bepaald diëlektricum te meten. Zoals alle diëlektrische isolatoren moet het materiaal op een printplaat een hoge soortelijke weerstand hebben, bij voorkeur in het bereik van 10 ³ tot 10 ¹⁰ Megaohm-centimeter. Externe factoren zoals hitte, kou en vocht kunnen van invloed zijn op de soortelijke weerstand van een materiaal.
• Oppervlakteweerstand (ρS): De oppervlakteweerstand van een diëlektrisch materiaal tegen isolatie en elektriciteit wordt oppervlakteweerstand (ρS) genoemd. Net als bij het ρ-niveau van een materiaal, moet de ρS hoog zijn, bij voorkeur in het bereik van 10 ³ tot 10 ⁹ cMegaohms per vierkant. Net als bij ρ kan het ρS-niveau van een materiaal worden beïnvloed door extreme temperaturen en vocht.
• Elektrische sterkte: In de Z-richting van een printplaat wordt het vermogen van een diëlektrisch materiaal om elektrische doorslag te weerstaan, aangeduid als elektrische sterkte, gemeten in Volt/mil. De meeste PCB-materialen hebben een elektrische sterkte tussen 800 V/mil en 1500 V/mil.

Vraag een gratis offerte aan

Invloed van vermogen en warmte op de materiaalkeuze van PCB's

Chemische eigenschappen

• Brandbaarheidsspecificaties (UL94): De vlamvertragende eigenschappen van kunststoffen - ook bekend als de ontvlambaarheid van kunststoffen - worden van hoog naar laag gerangschikt in de Standard for Safety of Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances (UL94). De vereisten voor PCB-materialen in UL94 stellen dat specimens niet langer dan 10 seconden kunnen branden bij vlammende verbranding. Voor een set van vijf exemplaren kunnen de gecombineerde exemplaren niet langer dan 50 seconden branden met vlammende verbranding.
• Vochtopname: Wanneer ondergedompeld in vloeistof, wordt het vermogen van een diëlektrisch materiaal om dit soort blootstelling te weerstaan, vochtabsorptie genoemd. De meeste PCB-materialen hebben een vochtopnamewaarde tussen 0,01 procent en 0,20 procent. De elektrische en thermische eigenschappen van een diëlektricum worden beide beïnvloed door de vochtopname van het materiaal.
• Methyleenchloride-weerstand: De chemische weerstand van een PCB-materiaal wordt methyleenchlorideweerstand (MCR) genoemd, die het meest direct de weerstand van een diëlektricum tegen methyleenchloride-absorptie meet. Diëlektrica hebben vaak een MCR tussen 0,01 procent en 0,20 procent.

Flex en Rigid-Flex Boards

Mechanische eigenschappen

• Peelsterkte: Het hechtvermogen tussen diëlektrische en koperlagen in een printplaat staat bekend als afpelsterkte. Tijdens de fabricagefase van de PCB wordt de afpelsterkte getest op kopersporen van een ons dik onder de volgende drie omstandigheden:na thermische belasting, bij hoge temperaturen en na blootstelling aan chemicaliën.
• Flexurale kracht: Het vermogen van een diëlektrisch materiaal om fysieke belasting te dragen zonder te breken, wordt buigsterkte genoemd, die wordt gemeten in kilogram per vierkante meter of pond per vierkante inch. Om de buigsterkte van een printplaat te testen, wordt kracht uitgeoefend in het midden terwijl alleen de uiteinden worden ondersteund. De diëlektrische sterkte wordt ook gemeten door de trekmodulus, die de spanning / rekverhouding van een PCB-materiaal bepaalt en hoe goed het in elke richting blijft. Treksterktemodulus wordt vaak Young's modulus genoemd, die door sommige fabrikanten in plaats van buigsterkte wordt gebruikt als maatstaf voor het vermogen van een printplaat om stress te weerstaan.
• Dichtheid: De dichtheid van een diëlektrisch materiaal wordt gemeten in gram per kubieke centimeter (g/cc). Als alternatief kan de PCB-dichtheid ook worden gemeten in ponden per kubieke inch (lb/in^3).
• Tijd tot delaminatie: De duur van de weerstand van een diëlektrisch materiaal tegen delaminaatveroorzakende effecten wordt "tijd tot delaminatie" genoemd, wat bepaalt hoe lang het duurt voordat de lagen van een PCB van elkaar loskomen wanneer ze worden blootgesteld aan temperaturen boven een bepaalde drempel. Een PCB-materiaal - of het nu laminaat of glasvezel is - kan ook delamineren als het wordt blootgesteld aan thermische schokken of vocht.

Lees meer over Flex en Rigid-Flex Boards

Materiaal voor HDI-overwegingen

Factoren zoals koperfolie van lage kwaliteit en diëlektrica kunnen de mechanismen van een PCB beïnvloeden. Met de juiste selectie van diëlektrische materialen kunt u voorkomen dat uw printplaat foutieve signalen uitzendt.

De moleculaire aard van diëlektrica kan uw systeem kwetsbaar maken voor verlies. Elke keer dat een signaal wordt gegenereerd, worden de magnetische velden in de moleculen in trilling gebracht. De effecten hiervan worden bepaald door de hoogte van de signaalfrequentie. Als er trillingen optreden, wordt energie warmte en gaat daardoor verloren in het systeem.

Koperen geleiders kunnen ook een oorzaak zijn van verlies binnen een systeem. Wanneer elektronen van het midden van een geleider afdwalen, gaat de frequentie omhoog. Een met nikkel afgewerkte koperen geleider zal bijvoorbeeld verlies zien als aanzienlijke hoeveelheden stroom door het nikkel in plaats van door het koper. Een geleider die volledig uit koper bestaat, kan ook verlies zien als er microribbels aanwezig zijn, omdat deze de stroom op en neer kunnen sturen en weerstand kunnen veroorzaken.

Lees meer over HDI-borden

Welke functies kunt u kiezen?

Om verlies in uw systeem te voorkomen, controleert u uw opties in beide volgende categorieën om ervoor te zorgen dat u materialen selecteert die het meest geschikt zijn voor hoge frequenties:

• Substraat: In het substraat van een printplaat zitten verschillende materialen, zoals epoxy en glasvezels. Een substraat moet een lage diëlektrische constante hebben om circuits met een hoge frequentie te produceren.
• Folie: Er zijn verschillende soorten folie die op koper kunnen worden aangebracht. Kies een koper die de weerstand het meest betrouwbaar kan minimaliseren.

Substraten en folies van lage kwaliteit en niet-overeenkomende kunnen leiden tot kostbaar verlies, maar de juiste keuzes kunnen u helpen om langdurige PCB-prestaties te verkrijgen.

Beste praktijken en verdere overwegingen

Om het beste substraat en de beste folie voor toepassingen met hoge frequentie te selecteren, moet u bepaalde praktijken in gedachten houden:

• Overeenkomen met de diëlektrische constanten: Op een printplaat moeten de Dk's van de verschillende diëlektrische constanten op elkaar worden afgestemd. Als de Dk's tegenspreken, zullen er waarschijnlijk problemen optreden. Een voorbeeld van niet-overeenkomende DK's kan een hars zijn gecombineerd met een geweven laag.
• Overeenkomstcoëfficiënt van thermische uitzetting (CTE): Van de substraatkwaliteiten die betrekking hebben op temperatuur, is CTE de belangrijkste. Net als bij Dk moet de CTE tussen twee substraten overeenkomen. Anders zouden de twee substraten met verschillende snelheden en consistenties kunnen uitzetten. Tijdens het fabricageproces kunnen verschillende CTE's leiden tot defecten. Wanneer de PCB in gebruik is, kunnen de botsende CTE's de Dk's beïnvloeden.
• Strak substraatweefsel: Het substraat moet strak geweven zijn om het materiaal en het gaas goed te laten samenwerken. Zo niet, dan worden de DK's negatief beïnvloed.
• Gebruik FR-4 niet: Vanwege de lage kosten is FR-4 een veelvoorkomende keuze. Voor circuits die hoge frequenties genereren, is FR-4 echter een ongeschikt materiaal.
• Gebruik alleen gladde folies: Gebruik gladde koperfolie om verliezen bij de hoogste frequenties te beperken.
• Gebruik een geleidende folie: Slechte geleiders kunnen een dempend effect hebben op het circuit. Gebruik alleen de juiste geleidende folie om ervoor te zorgen dat dit niet gebeurt.

Als het om PCB's gaat, draait alles bij prestaties om kwaliteit, die u alleen kunt garanderen met hoogwaardige, goed op elkaar afgestemde onderdelen. Als u door catalogi bladert en nagaat welke PCB het beste bij uw behoeften past, moet u ook rekening houden met de volgende overwegingen:

• Kosten: Substraten van goede kwaliteit kunnen een flinke investering zijn. Het is een feit dat u krijgt waar u voor betaalt als het gaat om printplaten. Als u niet bereid bent om goed te investeren, kunt u in de loop van de tijd veel meer verliezen als onderdelen falen.

• Fabricagefouten: Bij elk materiaal dat is ontworpen om op hoge frequenties te werken, is het altijd verstandig om dubbel te controleren op mogelijke defecten, die vaak voorkomen bij PTFE en bepaalde andere materialen.

Wanneer u de juiste materialen selecteert, de juiste hoeveelheid geld investeert en controleert op fabricagefouten, is de kans veel groter dat u vele jaren van prestaties zonder verlies van uw printplaat krijgt.

Koop PCB's bij Millennium Circuits Limited

Bij Millennium Circuits Limited (MCL) bieden we printplaten van topkwaliteit. Elke PCB die wij aanbieden is scherp geprijsd en tot in de perfectie ontworpen. Als de toonaangevende leverancier van PCB's in Pennsylvania, is het onze missie hier bij MCL om de beste service te bieden voor ordervolumes van elke omvang.

Van ons bescheiden begin in een kelder in Harrisburg, Pennsylvania tot ons huidige ruime hoofdkantoor, we hebben honderden klanten over de hele wereld bereikt met onze vakkundig geproduceerde PCB's. Tegenwoordig leveren we zowel lokaal als offshore PCB's, wat onze klanten meer flexibiliteit geeft wanneer ze MCL als hun PCB-bron kiezen.

Na drie opeenvolgende jaren te zijn genoemd in de "Top 50 snelst groeiende bedrijven in Central PA", werd MCL in 2015 gerangschikt in de Top 250 bedrijven van de staat - verbazingwekkende vooruitgang voor een bedrijf dat slechts 10 jaar eerder begon met de bedoeling om uiteindelijk uit te groeien tot een toonaangevende leverancier van printplaten. Met onze kwaliteitsbeoordeling van 98 procent "Uitstekend" en ons 99 procent tijdige leveringsrecord, kan het team hier bij MCL u het allerbeste op het gebied van klantenservice bieden. Klik voor meer informatie over onze PCB's door naar onze pagina's met producten en diensten en neem vandaag nog contact met ons op om in contact te komen met onze vertegenwoordigers.

Vraag een gratis offerte aan