Progettazione PCB - Come le caratteristiche termiche ed elettriche influenzano la progettazione del PCB

Quando si sceglie un materiale PCB, è importante fare la scelta giusta per il vostro design perché il materiale influisce sulle prestazioni complessive. Capire come le caratteristiche termiche ed elettriche influiscono sul vostro progetto prima di entrare nella fase di produzione può farvi risparmiare tempo e denaro ottenendo al contempo i migliori risultati.

Selezione del materiale PCB: considerazioni per l'impilamento

Selezione del materiale PCB: considerazioni elettriche e di fabbricazione

Impilazione PCB

La struttura dello stack PCB è quella di costruire un PCB multistrato in una sequenza continua. Il laminato è composto da nucleo magnetico, prepreg e foglio di rame. Generalmente, l'impilamento è simmetrico. Lo spessore del bordo della maggior parte dei prodotti è inferiore a 62 mil.

Che materiale viene utilizzato per il circuito stampato?

Selezione del materiale PCB: considerazioni elettriche e di fabbricazione

Materiali PCB: foglio, anima e prepreg

Utilizzare i seguenti 3 elementi per produrre circuiti stampati:

Prepreg: materiale dello stadio B, che è appiccicoso e permette l'incollaggio di diversi laminati o fogli

Foglio di rame: utilizzato come conduttore nel PCB.

Laminato rivestito di rame (nucleo): laminato e indurito da prepreg e foglio di rame.

Caratteristiche fondamentali dei materiali dielettrici

Sappiamo che i laminati PCB sono fatti di materiali dielettrici. Quando si sceglie un laminato, dobbiamo considerare le varie caratteristiche del materiale dielettrico utilizzato. sono:

Prestazioni termiche Caratteristiche elettriche

Temperatura di transizione vetro (Tg) Costante dielettrica (Dk)

Temperatura di decomposizione (Td) tangente di perdita o fattore di perdita (Tan δ o Df)

Conducibilità termica (k)

Coefficiente di espansione termica (CTE)

Prestazioni termiche:

Temperatura di transizione del vetro (T g): La temperatura di transizione del vetro o T g è l'intervallo di temperatura al quale il substrato passa da uno stato vetroso e rigido a uno stato ammorbidito e deformabile man mano che la catena del polimero diventa più mobile. Quando il materiale si raffredda, le sue caratteristiche torneranno al suo stato originale. T g è espresso in gradi Celsius (°C).

Temperatura di decomposizione (T d): La temperatura di decomposizione o T d è la temperatura alla quale il materiale PCB subisce la decomposizione chimica (il materiale perde almeno il 5% della sua massa). Come T g, T d è espresso anche in gradi Celsius (°C).

Conducibilità termica (K): Conducibilità termica, o k, è la proprietà di un materiale per condurre il calore; bassa conducibilità termica significa trasferimento di calore basso e alta conducibilità significa trasferimento di calore elevato. La velocità di trasferimento del calore è misurata in watt per metro per grado Celsius (W/M °C).

Coefficiente di espansione termica (CTE): Il coefficiente di espansione termica o CTE è il tasso di espansione del materiale PCB quando riscaldato. CTE è espresso in parti per milione (ppm) per grado di riscaldamento Celsius. Quando la temperatura del materiale sale sopra T g, aumenta anche il CTE. Il CTE del substrato è solitamente molto più alto di quello del rame, che può causare problemi di interconnessione quando il PCB è riscaldato.

Caratteristiche elettriche:

Costante dielettrica (E r o D k): Considerando la costante dielettrica del materiale è molto importante per la considerazione dell'integrità e dell'impedenza del segnale, che è un fattore chiave nelle prestazioni elettriche ad alta frequenza. L'Er della maggior parte dei materiali PCB è nell'intervallo da 2,5 a 4,5.

I valori riportati nella scheda tecnica sono validi solo per la percentuale specifica (solitamente 50%) di contenuto di resina nel materiale. La percentuale effettiva di resina nel materiale centrale o prepreg varia con la composizione, quindi D k varierà. La percentuale di rame e lo spessore del prepreg estruso determineranno infine l'altezza del supporto. La costante dielettrica generalmente diminuisce con frequenza crescente.

tangente di perdita (tanδ) o fattore di perdita (D f ): tangente di perdita o fattore di perdita è la tangente dell'angolo di fase tra la corrente resistiva e la corrente reattiva nel dielettrico. La perdita dielettrica aumenta man mano che aumenta il valore di D f. Un basso valore di D f si traduce in un substrato "veloce", mentre un grande valore si traduce in un substrato "lento". D f aumenta leggermente con la frequenza; per materiali ad alta frequenza con un valore di D f molto basso, il suo cambiamento con frequenza è molto piccolo. L'intervallo di valori è compreso tra 0,001 e 0,030.

Selezione del materiale PCB: categorie di base

Le categorie di materiali PCB di base sono:

Velocità e perdita normali

Velocità e perdita moderate

Alta velocità e bassa perdita

Velocità molto alta e perdita molto bassa (RF / Microonde)

Velocità e perdita normali: Il materiale di velocità normale è il materiale PCB più comune-FR-4 serie. La loro costante dielettrica (D k) e la risposta in frequenza non sono molto piatte e hanno una perdita dielettrica più elevata. Pertanto, la loro applicabilità è limitata ad alcune applicazioni digitali/analogiche a GHz. Un esempio di questo materiale è Isola 370HR.

Velocità media e perdita: i materiali a media velocità hanno una curva di risposta in frequenza D k più piatta e la perdita dielettrica è circa la metà dei materiali a velocità normale. Questi sono adatti fino a ~10GHz. Un esempio di questo materiale è Nelco N7000-2 HT.

Alta velocità e bassa perdita: questi materiali di produzione PCB hanno anche una curva di risposta di D k e frequenza più piatta e una bassa perdita dielettrica. Rispetto ad altri materiali, producono anche meno rumore elettrico dannoso. Un esempio di questo materiale è Isola I-Speed.