Conception électronique - Comment les caractéristiques thermiques et électriques affectent la conception de PCB

Lors du choix d'un matériau de PCB, il est important de faire le bon choix pour votre conception, car le matériau affecte la performance globale. Comprendre comment les caractéristiques thermiques et électriques affectent votre conception avant de passer à la phase de fabrication peut vous faire économiser du temps et de l'argent tout en obtenant les meilleurs résultats.

Sélection des matériaux de PCB: considérations d'empilement

Choix des matériaux PCB: considérations électriques et de fabrication

Empilement de PCB

La structure d'empilement de PCB est la construction de PCB multicouches dans un ordre continu. Ce stratifié est composé d'un noyau magnétique, d'un préimprégné et d'une feuille de cuivre. Généralement, l'empilement est symétrique. La plupart des produits ont une épaisseur de plaque inférieure à 62 mils.

Quels matériaux sont utilisés pour la carte?

Choix des matériaux PCB: considérations électriques et de fabrication

Matériel de PCB: feuille, noyau et préimprégné

Fabrication de cartes de circuits imprimés en utilisant les 3 éléments suivants:

Préimprégné: matériau de classe B, collant, peut coller différents stratifiés ou feuilles

Feuille de cuivre: utilisé comme conducteur dans une carte de circuit imprimé.

Stratifié de cuivre (noyau): stratifié et solidifié par préimprégné et feuille de cuivre.

Caractéristiques essentielles des matériaux diélectriques

Nous savons que les stratifiés PCB sont fabriqués à partir de matériaux diélectriques. Lors du choix d'un stratifié, nous devons tenir compte des différentes caractéristiques des matériaux diélectriques utilisés. Ils sont:

Propriétés thermiques Caractéristiques électriques

Température de transition vitreuse (Tg) constante diélectrique (DK)

Température de décomposition (TD) Perte de tangente ou coefficient de perte (île de Tan ou DF)

Conductivité thermique (k)

Coefficient de dilatation thermique

Propriétés thermiques:

Température de transition vitreuse (Tg): comme la chaîne de polymère devient plus fluide, la température de transition vitreuse ou TG est la plage de températures dans laquelle le substrat passe de l'état vitreux, rigide, à l'état ramolli, déformable. Lorsque le matériau est refroidi, ses caractéristiques reviennent à leur état d'origine. T g est exprimé en degrés Celsius (°C).

Température de décomposition (t d): la température de décomposition ou t d est la température à laquelle le matériau PCB subit une Décomposition chimique (le matériau perd au moins 5% de sa masse). Comme TG, TD est également exprimé en degrés Celsius.

Conductivité thermique (k): la conductivité thermique, ou K, est une caractéristique de la conductivité thermique d'un matériau; Une faible conductivité thermique signifie un faible transfert de chaleur, tandis qu'une conductivité électrique élevée signifie un transfert de chaleur élevé. Le taux de transfert de chaleur est mesuré en watts par mètre et par degré Celsius (W / M ° c).

Coefficient de dilatation thermique (CTE): le coefficient de dilatation thermique ou cte est le taux de dilatation d'un matériau PCB lorsqu'il est chauffé. Le cte est exprimé en parties par million (PPM) par degré Celsius chauffé. Lorsque la température du matériau dépasse TG, le CTE augmente également. Le cte du substrat est généralement beaucoup plus élevé que celui du cuivre, ce qui entraîne des problèmes d'interconnexion lorsque le PCB est chauffé.

Caractéristiques électriques:

Constante diélectrique (E R ou d k): la prise en compte de la constante diélectrique d'un matériau est importante pour prendre en compte l'intégrité du signal et l'impédance, facteurs clés des propriétés électriques à haute fréquence. La plupart des matériaux de PCB ont un er compris entre 2,5 et 4,5.

Les valeurs de la fiche technique ne s'appliquent qu'à un pourcentage spécifique (généralement 50%) de la teneur en résine du matériau. Le pourcentage réel de résine dans le noyau ou le préimprégné varie selon la composition, donc DK varie également. Le pourcentage de cuivre et l'épaisseur de l'ébauche préimprégnée extrudée détermineront finalement la hauteur du milieu. La constante diélectrique diminue généralement avec l'augmentation de la fréquence.

Tangente d'angle de perte (Tan isla´) ou facteur de perte (d f): la tangente d'angle de perte ou facteur de perte est la tangente d'angle de phase entre le courant résistif et le courant réactif dans un diélectrique. Les pertes diélectriques augmentent avec la valeur de DF. Une faible valeur de d f donne un substrat "rapide", tandis qu'une valeur plus grande donne un substrat "lent". DF augmente légèrement avec la fréquence; Elle varie très peu en fonction de la fréquence pour un matériau haute fréquence dont la valeur de DF est très faible. Cette valeur varie de 0001 à 0030.

Sélection des matériaux PCB: Basic Category

Les catégories de base de matériaux PCB comprennent:

Vitesse normale et perte

Vitesse et pertes moyennes

Haute vitesse et faible perte

Vitesse très élevée et très faibles pertes (RF / micro - ondes)

Vitesse normale et perte: le matériau de vitesse normale est le matériau de PCB le plus commun - série fr - 4. Leur constante diélectrique (DK) et leur réponse en fréquence ne sont pas très plates et elles présentent des pertes diélectriques plus élevées. Leur applicabilité est donc limitée à des applications numériques / analogiques de quelques GHz. Un exemple de ce matériau est l'Isola 370hr.

Vitesse moyenne et pertes: les matériaux à vitesse moyenne ont une courbe de réponse D K en fréquence plus plate, avec des pertes diélectriques d'environ la moitié de celles des matériaux à vitesse normale. Ceux - ci conviennent aux fréquences allant jusqu'à ~ 10 GHz. Un example de ce matériau est le nelco n7000 - 2 HT.

Haute vitesse et faibles pertes: ces matériaux de fabrication de PCB ont également des courbes de réponse D K et en fréquence plus plates et de faibles pertes diélectriques. Ils produisent également moins de bruit électrique nocif que les autres matériaux. Un exemple de ce matériau est Isola I - speed.