Elektronisches Design - Über Leiterplattenmaterialien und Laminate, die in der Herstellung verwendet werden

Leiterplattenmaterial Auswahl ist der erste Schritt im PCB-Designprozess. Die Wahl des richtigen Materials für Ihr Design ist sehr wichtig, da es die Gesamtleistung der Leiterplatte beeinflusst.

Bevor Sie sich entscheiden, zu beginnen, gibt es viele Faktoren zu berücksichtigen. Stellen Sie sicher, dass die Materialeigenschaften Ihren spezifischen Anforderungen und Endanwendungen entsprechen.

Eines der Hauptprobleme bei der Leiterplattenherstellung ist, dass Konstrukteure oft zu sehr auf Materialdatenblätter angewiesen sind. Das Datenblatt bietet Konstrukteuren eine umfassende Beschreibung der elektrischen Eigenschaften des Materials. Bei der Betrachtung verschiedener realer Fertigungsprobleme sind Datenblätter jedoch unzureichend, und reale Fertigungsprobleme sind wichtig, weil sie Leistung und Kosten beeinflussen.

In diesem Blogbeitrag konzentrieren wir uns auf die folgenden Punkte:

Leiterplattenmaterialien:

Leiterplattenmaterial: kupferplattiertes Laminat

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: Leiterbahnen auf der Leiterplatte.

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

Leiterplattenmaterialien: Folie, Kern und Prepreg

Wie wählt man ein PCB-Laminat?

Die PCB-Laminat aus dielektrischem Material. Bei der Auswahl eines PCB-Laminat, Wir müssen einige der wichtigsten Eigenschaften des verwendeten dielektrischen Materials berücksichtigen. Zu diesen Attributen gehören:

Thermische Leistung Elektrische Eigenschaften

Glasübergangstemperatur (Tg) Dielektrizitätskonstante (Dk)

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

Wärmeleitfähigkeit (k)

Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)

Glasübergangstemperatur (Tg): Wenn die Polymerketten leichter zu bewegen sind, ändert sich die Temperatur, bei der das PCB-Substrat von einem glasigen, starren Zustand in einen erweichten, verformbaren Zustand. Tg wird in Grad Celsius (ºC) ausgedrückt.

Glasübergangstemperatur (Tg)

370 Humanressourcen

180°C

Rogers 4350B 280°C

Zersetzungstemperatur (Td): Die Temperatur, bei der ein Material chemisch zersetzt wird. SI-Einheit: Celsius.

Zersetzungstemperatur (Td)

370 Humanressourcen

340°C

Rogers 4350B 390°C

Wärmeleitfähigkeit (k): Die Eigenschaft eines Materials, Wärme zu leiten; Niedrige Wärmeleitfähigkeit bedeutet niedrige Wärmeübertragung, und hohe Leitfähigkeit bedeutet hohe Wärmeübertragung. SI-Einheit: Watt/Meter Kelvin.

Wärmeleitfähigkeit (k)

370 Humanressourcen

0,4 W/m

Rogers 4350B 0.69 W/m

Koeffizient der thermischen Ausdehnung (CTE): Die Ausdehnungsrate des Leiterplattenmaterials bei Erwärmung. CTE wird in Teilen pro Million (ppm) pro Heizgrad Celsius ausgedrückt. SI-Einheit: PPM/°C.

Steigt die Temperatur des Materials über Tg, 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.

Die CTE für die X- und Y-Achse liegt normalerweise bei etwa 10 bis 20 ppm pro Grad Celsius. Dies liegt in der Regel an dem gewebten Glas, das das Material in X- und Y-Richtung einschränkt. Auch wenn die Temperatur des Materials über Tg steigt, ändert sich der CTE nicht viel. Das Material muss sich also in Z-Richtung ausdehnen.

Der CTE entlang der Z-Achse sollte so niedrig wie möglich sein; Ziel ist es, weniger als 70 ppm pro Grad Celsius zu sein, die zunehmen wird, wenn das Material die Tg überschreitet.

Die Ausdehnung eines Materials wird durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gemessen. Diese Abbildung zeigt die CTE in Z-Richtung. Um mehr über thermische Erwägungen des Leiterplattenmaterials zu erfahren, lesen Sie bitte unseren Artikel Was ist thermische Analyse in der Leiterplattenmontage?

Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)

370 Humanressourcen

X 13 ppm/°C

Y 14 ppm/°C

Z 45 ppm/°C

Rogers 4350B X 10 ppm/°C

Y 12 ppm/°C

Z 32 ppm/°C

Permittivität (Dk) oder Relative Permeabilität (Er): Das Verhältnis der Permittivität eines Materials zur Permittivität des freien Raumes (dh, Vakuum). Es wird auch relative Permeabilität genannt.

Das Datenblatt bezieht sich auf den spezifischen (in der Regel 50%) Harzgehalt im Material. Der tatsächliche Prozentsatz des Harzes im Kernmaterial oder Prepreg variiert von Zusammensetzung zu Zusammensetzung, so dass Dk variiert. Der Kupferanteil und die Dicke des extrudierten Prepregs bestimmen letztlich die Höhe des Mediums.

Die meisten verwendeten Leiterplattenmaterialien haben Er im Bereich zwischen 2.5 und 4.5. In bestimmten Mikrowellenanwendungen werden auch Materialien mit höheren Er-Werten verwendet. Es nimmt normalerweise ab, wenn die Frequenz steigt.

Dielektrische Konstante (Dk) oder relative Permeabilität (Er)

370 Humanressourcen

3,92 @50% Harzgehalt

Rogers 4350B 3.48

Verlusttangente (tanδ) oder Verlustfaktor (Df): Verlusttangente oder Verlustfaktor ist die Tangente des Phasenwinkels zwischen dem Widerstandsstrom und dem Blindstrom im Dielektrikum. Der dielektrische Verlust steigt mit dem Wert von Df. Ein niedriger Df-Wert führt zu einem "schnellen" Substrat, während ein großer Wert zu einem "langsamen" Substrat führt. Df nimmt mit der Häufigkeit leicht zu; Bei hochfrequenten Materialien mit sehr niedrigem Df-Wert ändert er sich mit der Frequenz sehr wenig. Der Wertebereich beträgt von 0.001 bis 0.030.

Verlust Tangente bei 10 GHz 370 Personal 0.0250 Rogers 4350B 0.0037

Signalverlust und Betriebsfrequenz

Der Signalverlust umfasst dielektrische Verluste und Kupferverluste.

Dielektrische Verluste sind Teil des gesamten Signalverlustes: dielektrische Materialien bestehen aus polarisierten Molekülen. Diese Moleküle vibrieren im elektrischen Feld, das durch das zeitverändernde Signal auf der Signalbahn erzeugt wird. Dies erwärmt das dielektrische Material und verursacht dielektrische Verluste als Teil des Signalverlustes. Der Signalverlust nimmt mit der Frequenz zu. Dieser Verlust kann durch die Verwendung von Materialien mit geringeren Dissipationsfaktoren minimiert werden. Um die Signalleistung von Leiterplatten-Spuren