Elektronisches Design - Wie thermische und elektrische Eigenschaften das PCB Design beeinflussen

Bei der Auswahl eines Leiterplattenmaterial, Es ist wichtig, die richtige Wahl für Ihr Design zu treffen, da das Material die Gesamtleistung beeinflusst. Wenn Sie verstehen, wie sich thermische und elektrische Eigenschaften auf Ihr Design auswirken, bevor Sie in die Fertigungsphase eintreten, können Sie Zeit und Geld sparen und gleichzeitig die besten Ergebnisse erzielen..

Auswahl des Leiterplattenmaterials: Überlegungen zum Stapeln

Auswahl des Leiterplattenmaterials: elektrische und fertigungstechnische Überlegungen

Leiterplattenstapel

Die PCB-Stack-Struktur soll eine Mehrschichtige Leiterplatte in kontinuierlicher Folge. Das Laminat besteht aus magnetischem Kern, Prepreg und Kupferfolie. Allgemein, die Stapelung ist symmetrisch. Die Plattenstärke der meisten Produkte ist weniger als 62 mils.

Welches Material wird für die Leiterplatte verwendet?

Auswahl des Leiterplattenmaterials: elektrische und fertigungstechnische Überlegungen

Leiterplattenmaterialien: Folie, Kern und Prepreg

Verwenden Sie die folgenden drei Elemente, um Leiterplatten herzustellen:

Prepreg: B-stufiges Material, das klebrig ist und das Verkleben verschiedener Laminate oder Folien ermöglicht

Kupferfolie: verwendet als Leiter in der Leiterplatte.

Kupferplattiertes Laminat (Kern): Laminiert und ausgehärtet durch Prepreg und Kupferfolie.

Grundlegende Eigenschaften von dielektrischen Werkstoffen

Wir wissen, dass PCB-Laminate aus dielektrischen Materialien hergestellt werden. Bei der Auswahl eines Laminats müssen wir die verschiedenen Eigenschaften des verwendeten dielektrischen Materials berücksichtigen. Sie sind:

Thermische Leistung Elektrische Eigenschaften

Glasübergangstemperatur (Tg) Dielektrizitätskonstante (Dk)

Zersetzungstemperatur (Td) Verlusttangente oder Verlustfaktor (Tan δ oder Df)

Wärmeleitfähigkeit (k)

Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)

Thermische Leistung:

Glasübergangstemperatur (T g): Die Glasübergangstemperatur oder T g ist der Temperaturbereich, bei dem das Substrat von einem glasigen, starren Zustand in einen erweichten, verformbaren Zustand wechselt, wenn die Polymerkette beweglicher wird. Wenn das Material abkühlt, kehren seine Eigenschaften in seinen ursprünglichen Zustand zurück. T g wird in Grad Celsius (°C) ausgedrückt.

Zersetzungstemperatur (T d): Die Zersetzungstemperatur oder T d ist die Temperatur, bei der das PCB-Material chemisch zersetzt wird (das Material verliert mindestens 5% seiner Masse). Wie T g wird T d auch in Grad Celsius (°C) ausgedrückt.

Wärmeleitfähigkeit (K): Wärmeleitfähigkeit oder k ist die Eigenschaft eines Materials, Wärme zu leiten; Niedrige Wärmeleitfähigkeit bedeutet niedrige Wärmeübertragung, und hohe Leitfähigkeit bedeutet hohe Wärmeübertragung. Die Wärmeübertragungsrate wird in Watt pro Meter pro Grad Celsius (W/M °C) gemessen.

Koeffizient der thermischen Ausdehnung (CTE): Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung oder CTE ist die Ausdehnungsrate des Leiterplattenmaterials bei Erwärmung. CTE wird in Teilen pro Million (ppm) pro Heizgrad Celsius ausgedrückt. Steigt die Temperatur des Materials über T g, steigt auch der CTE an. Der CTE des Substrats ist normalerweise viel höher als der von Kupfer, was bei Erwärmung der Leiterplatte zu Verbindungsproblemen führen kann.

Elektrische Eigenschaften:

Dielektrizitätskonstante (E r oder D k): Die Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante des Materials ist sehr wichtig für die Berücksichtigung der Signalintegrität und Impedanz, die ein Schlüsselfaktor für die elektrische Leistung hochfrequenter Frequenzen ist. Das Er der meisten PCB-Materialien liegt im Bereich von 2.5 bis 4.5.

Die Werte im Datenblatt gelten nur für den spezifischen (meist 50%) Harzgehalt im Material. Der tatsächliche Prozentsatz des Harzes im Kernmaterial oder Prepreg variiert mit der Zusammensetzung, so dass D k variiert. Der Kupferanteil und die Dicke des extrudierten Prepregs bestimmen letztlich die Medienhöhe. Die dielektrische Konstante nimmt im Allgemeinen mit zunehmender Frequenz ab.

Verlusttangente (tanδ) oder Verlustfaktor (D f): Verlusttangente oder Verlustfaktor ist die Tangente des Phasenwinkels zwischen dem Widerstandsstrom und dem Blindstrom im Dielektrikum. Der dielektrische Verlust steigt mit dem Wert von D f. Ein niedriger Wert von D f führt zu einem "schnellen" Substrat, während ein großer Wert zu einem "langsamen" Substrat führt. D f nimmt mit der Häufigkeit leicht zu; Für Hochfrequenzmaterialien mit einem sehr niedrigen D f-Wert ist seine Änderung mit der Frequenz sehr gering. Der Wertebereich beträgt von 0.001 bis 0.030.

Auswahl des Leiterplattenmaterials: Grundkategorien

Die grundlegenden Leiterplattenmaterialkategorien sind:

Normale Geschwindigkeit und Verlust

Mäßige Geschwindigkeit und Verlust

Hohe Geschwindigkeit und geringer Verlust

Sehr hohe Geschwindigkeit und sehr geringer Verlust (HF/Mikrowelle)

Normale Geschwindigkeit und Verlust: Normale Geschwindigkeit Material ist die gebräuchlichste PCB Material-FR-4 Serie. Ihre dielektrische Konstante (D k) und ihr Frequenzgang sind nicht sehr flach, und sie haben einen höheren dielektrischen Verlust. Daher ist ihre Anwendbarkeit auf wenige GHz-Digital/Analog-Anwendungen beschränkt. Ein Beispiel für dieses Material ist Isola 370HR.

Mittlere Geschwindigkeit und Verlust: Materialien mit mittlerer Geschwindigkeit haben eine flachere D k vs. Frequenzgangkurve, und dielektrische Verluste betragen etwa die Hälfte der Materialien mit normaler Geschwindigkeit. Diese sind für bis zu ~10GHz geeignet. Ein Beispiel für dieses Material ist Nelco N7000-2 HT.

Hohe Geschwindigkeit und geringer VerlustDiese: Leiterplattenherstellung Materialien haben auch eine flachere D k und Frequenzgangkurve und einen niedrigen dielektrischen Verlust. Im Vergleich zu anderen Materialien, sie produzieren auch weniger schädliche elektrische Geräusche. Ein Beispiel für dieses Material ist Isola I-Speed.