Conception électronique - Conception de carte PCB sélection de matériel PCB

Le comportement thermique, mécanique et électrique de chaque PCB dépend des caractéristiques matérielles du substrat, des conducteurs et des matériaux composant le PCB. Parmi ces différents matériaux, les concepteurs de PCB peuvent maximiser le contrôle du comportement de la carte en choisissant le bon matériau de substrat PCB. Les caractéristiques des matériaux de PCB, en particulier les résines et les stratifiés, détermineront la réponse de votre carte aux stimuli mécaniques, thermiques et électriques. Quelles sont les caractéristiques des matériaux de PCB les plus importantes pour votre substrat de circuit imprimé lorsque vous devez choisir un matériau de substrat de PCB? La réponse dépend de l'application de la carte et de l'environnement dans lequel le PCB est déployé. Lors du choix d'un préimprégné et d'un stratifié pour votre prochain PCB, vous devez tenir compte des caractéristiques matérielles importantes suivantes pour votre application. Votre choix de substrat n'est plus limité au fr4, mais vous ne devriez pas facilement choisir un stratifié de PCB. Vous devez d'abord comprendre comment les différentes caractéristiques des matériaux affectent votre PCB, puis choisir un stratifié qui peut répondre à vos exigences opérationnelles. N'écoutez pas seulement les présentations marketing des fabricants de stratifiés; Prenez le temps de comprendre les caractéristiques des matériaux de chaque substrat et leur impact sur les PCB. Vous pouvez trouver des données sur les propriétés des matériaux de PCB sur Internet, mais il est préférable de consulter les fabricants, en particulier les stratifiés professionnels, car il n'y a pas deux stratifiés qui sont exactement les mêmes et il n'y en a pas deux qui sont exactement les mêmes. Les matériaux plus exotiques tels que les PCB à noyau céramique et métallique ont une gamme unique de caractéristiques matérielles. Les caractéristiques matérielles importantes des PCB que tous les concepteurs devraient connaître sont divisées en quatre domaines: électrique, structurel, mécanique, Et propriétés thermiques. Propriétés électriques toutes les propriétés électriques importantes à prendre en compte dans les matériaux de substrat de PCB d'aujourd'hui se reflètent dans la constante diélectrique. La constante diélectrique est la principale caractéristique électrique à prendre en compte lorsque les PCB sont conçus pour être utilisés dans la stratification de PCB haute vitesse / haute fréquence. La constante diélectrique est un nombre complexe qui est fonction de la fréquence et provoque dans le substrat PCB une dispersion chromatique de la forme suivante: dispersion de vitesse: car la constante diélectrique est également fonction de la fréquence, Différentes fréquences subissent différents degrés de pertes et se propagent à des vitesses différentes. Dispersion des pertes: l'atténuation subie par le signal est également fonction de la fréquence. Un modèle simple de dispersion suggère que les pertes augmentent avec la fréquence, mais ce n'est pas strictement vrai. Il peut y avoir des relations complexes entre les pertes et le spectre de certains stratifiés. Ces deux effets entraînent un degré de distorsion du signal pendant la propagation. Pour les signaux analogiques fonctionnant sur une bande passante très étroite ou sur une seule fréquence, la dispersion chromatique n'a pas d'importance. Cependant, il est extrêmement important dans les signaux numériques et constitue l'un des principaux défis de la modélisation des signaux numériques à grande vitesse et de la conception des interconnexions. Propriétés structurelles la structure d'un PCB et de son substrat affecte également les propriétés mécaniques, thermiques et électriques d'une carte de circuit imprimé. Ces propriétés se manifestent principalement sous deux aspects: la méthode de tissage du verre et la rugosité des conducteurs en cuivre. Le modèle de tissage du verre de style de tissage du verre laisse un espace sur le substrat PCB, qui est lié à la teneur en résine sur le substrat. Les rapports volumiques du verre et de la résine d'imprégnation sont combinés pour déterminer la constante diélectrique moyenne volumique du substrat. De plus, les interstices dans le motif de tissage du verre créent un effet dit de tissage fibreux dans lequel la constante diélectrique du substrat qui varie le long des lignes d'interconnexion entraîne des déflexions, des résonances et des pertes. Ces effets deviennent très importants à des fréquences de ~ 50 GHz ou plus, ce qui affecte les signaux radar, Gigabit Ethernet et les signaux de canal lwdsserdes typiques.

Rugosité du cuivre bien qu'il s'agisse en fait d'une caractéristique structurelle des conducteurs en cuivre imprimés, il contribue à l'impédance résistive des interconnexions. La rugosité de surface du conducteur augmente efficacement sa résistance à effet de peau aux hautes fréquences, entraînant des pertes inductives induites par les courants de Foucault induits lors de la propagation du signal. La gravure du cuivre, la méthode de dépôt du cuivre et la surface de l'ébauche préimprégnée affectent tous la rugosité de surface dans une certaine mesure. Propriétés thermiques lors du choix du substrat, Les propriétés thermiques du stratifié PCB et du substrat doivent être divisées en deux groupes. La conductivité thermique et la chaleur spécifique la chaleur nécessaire pour augmenter la température du substrat d'un degré est quantifiée par la chaleur spécifique du substrat et la chaleur transférée par unité de temps par le substrat est quantifiée par la conductivité thermique. Ensemble, les caractéristiques de ces matériaux PCB déterminent la température finale à laquelle la carte atteindra son équilibre thermique avec l'environnement pendant son fonctionnement. Si vous déployez votre carte dans un environnement qui nécessite une dissipation rapide de la chaleur dans un grand radiateur ou un châssis, vous devez utiliser un substrat avec une conductivité thermique plus élevée. Ces deux caractéristiques du matériau PCB sont également pertinentes. Tous les matériaux ont un certain coefficient de dilatation thermique (CTE), qui se trouve être la quantité d'anisotropie dans le substrat PCB (c'est - à - dire que le coefficient de dilatation varie dans différentes directions). Dès que la température de la carte dépasse la température de transition vitreuse (Tg), la valeur cte augmente brusquement. Idéalement, les valeurs cte devraient être aussi basses que possible dans la plage de température requise et les valeurs TG aussi élevées que possible. Les substrats fr4 les moins chers ont un TG ~ 130 ° C, mais la plupart des fabricants offrent des options de noyau et de stratifié avec un TG ~ 170 ° c. les propriétés thermiques énumérées ci - dessus sont également liées à la stabilité mécanique des conducteurs sur les substrats de PCB. En particulier, la désadaptation cte crée des problèmes de fiabilité connus dans les surperforations de rapport d'aspect élevé et dans les surperforations borgnes / enterrées où les surperforations sont sujettes à la rupture due aux contraintes mécaniques dues à la dilatation volumique. Par conséquent, les matériaux à haute Tg et d'autres stratifiés professionnels ont été développés et les ingénieurs de conception travaillant sur la conception de PCB HDI peuvent envisager d'utiliser ces matériaux alternatifs.