Progettazione PCB - Informazioni sui materiali PCB e laminati utilizzati nella produzione

La selezione del materiale PCB è il primo passo nel processo di progettazione PCB. La scelta del materiale giusto per il vostro design è molto importante perché influisce sulle prestazioni complessive del circuito stampato.

Prima di scegliere di iniziare, ci sono molti fattori da considerare. Assicurarsi che le proprietà del materiale soddisfino i requisiti specifici della scheda e le applicazioni finali.

Uno dei principali problemi che affrontiamo quando produciamo PCB è che i progettisti spesso si affidano troppo alle schede tecniche dei materiali. La scheda tecnica fornisce ai progettisti una descrizione completa delle proprietà elettriche del materiale. Tuttavia, quando si considerano vari problemi di produzione nel mondo reale, le schede tecniche sono insufficienti e i problemi di produzione nel mondo reale sono importanti perché influenzano la produzione e i costi.

In questo post, ci concentreremo sui seguenti punti:

Materiali per circuiti stampati:

Materiale PCB: laminato rivestito di rame

Utilizzare i seguenti 3 elementi per produrre circuiti stampati:

Prepreg: materiale in fase B, che è appiccicoso e permette l'incollaggio di diversi laminati o fogli.

Foglio di rame: tracce conduttive sul PCB.

Laminato rivestito di rame (materiale principale): Laminato e indurito da prepreg e foglio di rame.

Materiali PCB: foglio, anima e prepreg

Come scegliere un laminato PCB?

Il laminato PCB è realizzato in materiale dielettrico. Quando si sceglie un laminato PCB, dobbiamo considerare alcune delle caratteristiche chiave del materiale dielettrico utilizzato. Questi attributi includono:

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)

Temperatura di transizione vetro (Tg): Man mano che le catene polimeriche diventano più facili da spostare, la temperatura alla quale il substrato PCB cambia da uno stato vetroso e rigido a uno stato ammorbidito e deformabile. Tg è espresso in gradi Celsius (ºC).

Temperatura di transizione vetro (Tg)

370 Risorse umane

180°C

Rogers 4350B 280°C

Temperatura di decomposizione (Td): La temperatura alla quale un materiale subisce la decomposizione chimica. Unità SI: Celsius.

Temperatura di decomposizione (Td)

370 Risorse umane

340°C

Rogers 4350B 390°C

Conducibilità termica (k): la proprietà di un materiale di condurre calore; bassa conducibilità termica significa trasferimento di calore basso e alta conducibilità significa trasferimento di calore elevato. Unità SI: Watt/metro Kelvin.

Conducibilità termica (k)

370 Risorse umane

0,4 W/m

Rogers 4350B 0,69 W/m

Coefficiente di espansione termica (CTE): il tasso di espansione del materiale PCB quando riscaldato. CTE è espresso in parti per milione (ppm) per grado di riscaldamento Celsius. Unità SI: PPM/°C.

Quando la temperatura del materiale sale sopra Tg, 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.

Il CTE per gli assi X e Y è solitamente basso-circa 10-20 ppm per grado Celsius. Questo di solito è dovuto al vetro intrecciato che vincola il materiale nelle direzioni X e Y. Anche se la temperatura del materiale sale sopra Tg, il CTE non cambierà molto. Quindi il materiale deve espandersi nella direzione Z.

Il CTE lungo l'asse Z deve essere il più basso possibile; L'obiettivo è quello di essere meno di 70 ppm per grado Celsius, che aumenterà man mano che il materiale supera il Tg.

L'espansione di un materiale è misurata dal coefficiente di espansione termica (CTE). Questa figura mostra il CTE nella direzione Z. Per saperne di più sulle considerazioni termiche dei materiali PCB, leggi il nostro articolo Cos'è l'analisi termica nell'assemblaggio PCB

Coefficiente di espansione termica (CTE)

370 Risorse umane

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

Permissibilità (Dk) o Permeabilità Relativa (Er): Il rapporto tra la permittività di un materiale e la permittività dello spazio libero (cioè, vuoto). È anche chiamata permeabilità relativa.

La scheda tecnica si applica alla percentuale specifica (solitamente 50%) di contenuto di resina nel materiale. La percentuale effettiva di resina nel materiale centrale o prepreg varia da composizione a composizione, quindi Dk varierà. La percentuale di rame e lo spessore del prepreg estruso determineranno infine l'altezza del mezzo.

La maggior parte dei materiali PCB utilizzati hanno Er nell'intervallo tra 2,5 e 4,5. In alcune applicazioni a microonde vengono utilizzati anche materiali con valori Er più elevati. Di solito diminuisce man mano che la frequenza aumenta.

Costante dielettrica (Dk) o permeabilità relativa (Er)

370 Risorse umane

3,92 @50% contenuto di resina

Rogers 4350B 3,48

tangente di perdita (tanδ) o fattore di perdita (Df): 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 Df. Un basso valore Df si traduce in un substrato "veloce", mentre un grande valore si traduce in un substrato "lento". Df aumenta leggermente con la frequenza; Per materiali ad alta frequenza con un valore Df molto basso, cambia molto poco con la frequenza. L'intervallo di valori è compreso tra 0,001 e 0,030.

Perdita tangente a 10 GHz 370 Risorse umane 0.0250 Rogers 4350B 0.0037

Perdita del segnale e frequenza operativa

La perdita di segnale include la perdita dielettrica e la perdita di rame.

La perdita dielettrica fa parte della perdita totale del segnale: i materiali dielettrici sono composti da molecole polarizzate. Queste molecole vibrano nel campo elettrico creato dal segnale variabile nel tempo sulla traiettoria del segnale. Questo riscalda il materiale dielettrico e causa la perdita dielettrica come parte della perdita del segnale. La perdita di segnale aumenta con la frequenza. Questa perdita può essere minimizzata utilizzando materiali con fattori di dissipazione inferiori. Per comprendere le prestazioni del segnale delle tracce PCB