Leiterplatte Blog - FR-4 VS Aluminiumplatte

Das Material der FR4-Leiterplatte ist ein Verbundmaterial aus Glasfaser und Epoxidharz, auch bekannt als Glasfasergewebe-mpregnated Epoxidharz. Normalerweise ist das Verhältnis von Glasfaser zu Epoxidharz 1:2.Seine Vorteile umfassen gute Hitzebeständigkeit, stabile elektrische Isolationsleistung und hohe mechanische Festigkeit, wodurch es in verschiedenen elektronischen Geräten weit verbreitet ist. CTE (Koeffizient of Thermal Expansion) ist der Grad, in dem sich ein Material als Reaktion auf eine Temperaturänderung ausdehnt und normalerweise in ppm/°C ausgedrückt wird (Teile pro tausend pro Grad Celsius). FR-4 hat einen CTE-Wert von etwa 15 bis 19 ppm/°C, der für die meisten organischen Verkapselungsanforderungen geeignet ist. Da die Nachfrage der Industrie nach Paketen mit niedrigem CTE gestiegen ist, ist die CTE von FR-4 stärker unter die Lupe genommen worden.

CTE ist entscheidend für die Leistung von Leiterplatten, insbesondere wenn sie thermischen Zyklen ausgesetzt sind, da CTE-Fehlanpassungen zwischen verschiedenen Materialien Spannungen auslösen können, die zu mechanischen Versagen führen können. Insbesondere wenn FR-4 mit anderen Materialien (z. B. Kupfer) kombiniert wird, können Temperaturänderungen aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungsraten jedes Materials Risse oder Peeling an der Grenzfläche verursachen. Die horizontalen und vertikalen CTEs (CTEx, CTEy, CTEz) von FR-4-Materialien müssen genau berücksichtigt werden, um die Zuverlässigkeit des Designs zu gewährleisten.

Der Herstellungsprozess von FR4-Leiterplatten kann wie folgt zusammengefasst werden:

1.Preparation des Glasfasergewebes: Glasfaser wird durch Webstuhl verbunden, um Glasfasergewebe zu bilden.

2.Rough Verarbeitung: Legen Sie das vorbereitete Glasfasertuch in eine große Form und fügen Sie Epoxidharz hinzu und härten Sie es mit heißer Presstechnologie aus, um es zu bilden.

Verarbeitung 3.Precision: Das vorverarbeitete Glasfasergewebe wird durch Bohren, Kupferabscheidung und Inspektion verarbeitet, um verschiedene Spezifikationen und Modelle von FR4-Leiterplatten zu produzieren.

FR-4 ist ein häufig verwendetes Substrat für Leiterplatten (PCB), und sein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) ist in mehreren Anwendungen in der Elektronikindustrie wichtig.

1.Thermal Management und Dimensionsstabilität

Der CTE von FR-4 Material liegt normalerweise im Bereich von 50-70 x 10^-6/°C und stellt seine Dimensionsstabilität bei Temperaturänderungen dar. Wenn ein elektronisches Gerät in Betrieb ist, führt die Wärmeerzeugung dazu, dass sich das Material ausdehnt oder zusammenzieht, und ein zu hoher CTE kann dazu führen, dass sich die Platine verformt, was die Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Designer müssen die Auswirkungen von CTE berücksichtigen, um den reibungslosen Betrieb der Platine unter verschiedenen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

2.Verlässlichkeit des Lötens

Während des Lötprozesses durchläuft die Leiterplatte einen schnellen thermischen Zyklus, der plötzliche Anstieg und Fall der Temperatur kann zu schlechtem Lötkontakt und anschließendem Verbindungsausfall führen. Die Wahl des richtigen Materials für CTE kann thermische Belastungen reduzieren und die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Lötstellen gewährleisten. Dies ist besonders wichtig für die hochdichte Montage und Miniaturisierung elektronischer Geräte.

3.Die Bedeutung der Anwendung in Hochfrequenzschaltungen

Hochfrequenzschaltungen stellen strenge Anforderungen an dielektrische Eigenschaften und thermische Ausdehnungseigenschaften des Materials. FR-4 in Hochfrequenzanwendungen kann, wenn das Material nicht richtig ausgewählt wird, zu Signalverzögerungen und Verzerrungen führen. Die richtige CTE ermöglicht der Platine, eine gute Signalintegrität bei Betriebsfrequenzen beizubehalten und ist einer der Schlüsselfaktoren bei der Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen.

4.Überlegungen zur Kosteneffizienz

FR-4 ist eine kostengünstigere und relativ stabile Leistungsoption im Vergleich zu anderen Materialien (z.B. Keramik, PTFE, etc.). Aus Kosten-Nutzen-Sicht bietet FR-4 ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit in der Produktion bei gleichzeitiger Erfüllung der grundlegenden CTE-Anforderungen. Dieser Kosten-/Leistungsvorteil hat FR-4 zum dominierenden Werkstoff in mehreren Bereichen gemacht, insbesondere in der Unterhaltungselektronik.

Eine Aluminiumplatte ist eine metallbasierte kupferplattierte Platte mit guter Wärmeableitungsfunktion. Im Allgemeinen besteht eine einzelne Platte aus einer dreischichtigen Struktur, nämlich einer Schaltungsschicht (Kupferfolie), einer Isolierschicht und einem Metallsubstrat. Einige Entwürfe für High-End-Gebrauch sind auch doppelseitige Platten, mit einer Struktur aus einer Schaltungsschicht, Isolierungsschicht, Aluminiumbasis, Isolierungsschicht und Schaltungsschicht. Sehr wenige Anwendungen sind Mehrschichtplatten, die durch Verkleben gewöhnlicher Mehrschichtplatten mit Isolierschichten und Aluminiumplatten hergestellt werden können.

Der Unterschied zwischen FR-4 und Aluminiumplatte

1.Leistung

Der Vergleich von Draht (Kupferdraht) und Sicherungsstrom auf verschiedenen Substratmaterialien, aus dem Vergleich von Aluminiumplatte und FR-4 Platte, zeigt, dass aufgrund der hohen Wärmeableitung des Metallsubstrats die Leitfähigkeit erheblich verbessert wird, was die hohen Wärmeableitungseigenschaften der Aluminiumplatte aus einer anderen Perspektive anzeigt. Die Wärmeableitung des Aluminiumsubstrats hängt mit seiner Isolationsschichtdicke und Wärmeleitfähigkeit zusammen. Je dünner die Isolierschicht, desto höher die Wärmeleitfähigkeit (aber geringer der Druckwiderstand) der Aluminiumplatte.

2.Verarbeitbarkeit

Eine Aluminiumplatte hat eine hohe mechanische Festigkeit und Zähigkeit, die einer FR-4 Platte überlegen ist. Zu diesem Zweck können großflächige Leiterplatten auf Aluminiumplatten hergestellt werden, auf denen große Komponenten installiert werden können.

3.Elektromagnetische Abschirmleistung

Um die Leistung von Schaltungen sicherzustellen, müssen bestimmte Komponenten in elektronischen Produkten elektromagnetische Wellenstrahlung und Störungen verhindern. Aluminiumplatten können als Abschirmplatten dienen, um elektromagnetische Wellen abzuschirmen.

4.Wärmeausdehnungskoeffizienten

Aufgrund der thermischen Ausdehnung des allgemeinen FR-4, insbesondere der Dicke der Platte, wird die Qualität der metallisierten Löcher und Drähte beeinträchtigt. Der Hauptgrund ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfer im Rohstoff 17,106cm/cm-C in der Dicke ist, und der Wärmeausdehnungskoeffizient von FR-4 Platte 110*106cm/cm-c ist, die einen signifikanten Unterschied hat und anfällig für Erwärmungssubstratausdehnung, Änderungen in Kupferdrähten und Beschädigung der Produktzuverlässigkeit durch Metalllochbruch verursacht ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumplatte ist 50 Ã 106cm/cm-C, kleiner als gewöhnliche FR-4-Platine und nahe dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kupferfolie.

5.Anwendungsfelder

Die FR-4-Platine eignet sich für allgemeine Schaltungsdesign und gewöhnliche elektronische Produkte. Aluminiumplatten werden häufig in elektronischen Produkten mit hohen Wärmeableitungsanforderungen, wie LED-Lichtplatten verwendet.

FR4 ist eine glasfaserverstärkte Epoxidharzplatte, die eine der am häufigsten verwendeten Platten in der Leiterplattenherstellung ist. Es hat ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Hitzebeständigkeit und elektrische Leistung und kann bei hohen Temperaturen und Frequenzen arbeiten. FR4-Platte hat einen kleinen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und gute Stabilität, wodurch sie für die Herstellung von hochpräzisen elektronischen Produkten geeignet ist.

Eine Aluminiumplatte ist ein Metallsubstrat, das aus einer Aluminiumplatte, Isolierschicht und Kupferfolie besteht. Es hat ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitungsleistung, geeignet für die Herstellung von elektronischen Hochleistungsprodukten. Die Wärmeableitungsleistung der Aluminiumplatte ist besser als die der FR4-Platte, so dass sie für die Herstellung von Hochleistungs-LED-Leuchten, Hochleistungs-Frequenzumrichtern und anderen elektronischen Produkten geeignet ist.

Die Vielfalt der Leiterplatten bietet mehr Wahlmöglichkeiten für die Herstellung elektronischer Produkte. Bei der Auswahl von Leiterplatten müssen Faktoren wie Leistungsanforderungen, Arbeitsumgebung und Kosten für elektronische Produkte umfassend berücksichtigt werden. FR4 vs Aluminiumplatte hat ihre Vor- und Nachteile, die entsprechend der tatsächlichen Situation ausgewählt werden müssen.