Dati PCB - Piastra di alluminio FR-4 VS

Il materiale del circuito stampato FR4 è un materiale composito di fibra di vetro e resina epossidica, noto anche come resina epossidica impregnata di tessuto in fibra di vetro. Normalmente, il rapporto tra fibra di vetro e resina epossidica è 1: 2. I suoi vantaggi includono una buona resistenza al calore, prestazioni di isolamento elettrico stabili e alta resistenza meccanica, rendendolo ampiamente usato in vari dispositivi elettronici. CTE (Coefficiente di Espansione Termica) è il grado in cui un materiale si espande in risposta a un cambiamento di temperatura ed è solitamente espresso in ppm/°C (parti per mille per grado Celsius). FR-4 ha un valore CTE di circa 15-19 ppm/°C, che è adatto per la maggior parte delle esigenze di incapsulamento organico. Con l'aumento della domanda dell'industria di pacchetti a basso contenuto di CTE, il CTE di FR-4 è stato oggetto di un esame più approfondito.

Il CTE è fondamentale per le prestazioni dei PCB, specialmente quando sottoposti a ciclo termico, in quanto le disallineazioni CTE tra diversi materiali possono causare sollecitazioni che possono portare a guasti meccanici. In particolare, quando FR-4 è combinato con altri materiali (ad esempio rame), i cambiamenti di temperatura possono causare crepe o sbucciature all'interfaccia a causa delle diverse velocità di espansione di ciascun materiale. I CTE orizzontali e verticali (CTEx, CTEy, CTEz) dei materiali FR-4 devono essere attentamente considerati al fine di garantire l'affidabilità del progetto.

Il processo di produzione dei circuiti stampati FR4 può essere riassunto come i seguenti passaggi

1.Preparation del panno in fibra di vetro: la fibra di vetro è collegata dal telaio per formare un panno in fibra di vetro.

2. Lavorazione ruvida: Posizionare il panno in fibra di vetro preparato in un grande stampo e aggiungere resina epossidica e indurlo con tecnologia di pressatura a caldo per formarlo.

3.Precision elaborazione: Il panno pre-elaborato in fibra di vetro viene elaborato attraverso perforazione, deposito di rame e ispezione per produrre varie specifiche e modelli di circuiti stampati FR4.

FR-4 è un substrato comunemente usato per circuiti stampati (PCB), e il suo coefficiente di espansione termica (CTE) è importante in diverse applicazioni nell'industria elettronica.

1. Gestione termica e stabilità dimensionale

Il CTE del materiale FR-4 è solitamente nell'intervallo di 50-70 x 10^-6/°C, rappresentando la sua stabilità dimensionale durante i cambiamenti di temperatura. Quando un dispositivo elettronico è in funzione, la generazione di calore provoca l'espansione o la contrazione del materiale e un CTE eccessivamente elevato può causare la deformazione della scheda, influenzando l'affidabilità. I progettisti devono considerare l'impatto del CTE per garantire il corretto funzionamento della scheda in varie condizioni operative.

2. Affidabilità della saldatura

Nel processo di saldatura, il circuito stampato subisce un rapido ciclo termico, l'aumento improvviso e la caduta della temperatura possono causare scarso contatto con la saldatura e conseguente guasto di connessione. La scelta del materiale giusto per CTE può ridurre lo stress termico e garantire la resistenza e l'affidabilità dei giunti di saldatura. Ciò è particolarmente importante per l'assemblaggio ad alta densità e la miniaturizzazione di apparecchiature elettroniche.

3. L'importanza dell'applicazione nei circuiti ad alta frequenza

I circuiti ad alta frequenza hanno requisiti rigorosi sulle proprietà dielettriche e sulle caratteristiche di espansione termica del materiale. FR-4 nelle applicazioni ad alta frequenza, se il materiale non è selezionato correttamente, può portare a ritardo del segnale e distorsione. Il CTE corretto consente alla scheda di mantenere una buona integrità del segnale alle frequenze operative ed è uno dei fattori chiave nella progettazione di circuiti ad alta frequenza.

4.Considerazioni sull'efficacia dei costi

FR-4 è un'opzione di costo inferiore e prestazioni relativamente stabile rispetto ad altri materiali (ad esempio ceramica, PTFE, ecc.). Dal punto di vista costi-benefici, FR-4 offre un elevato grado di economia nella produzione, soddisfacendo al contempo i requisiti CTE di base. Questo vantaggio costi/prestazioni ha reso FR-4 il materiale dominante in diversi settori, in particolare nell'elettronica di consumo.

Una piastra di alluminio è una piastra rivestita di rame a base di metallo con buona funzione di dissipazione del calore. Generalmente, un singolo pannello consiste di una struttura a tre strati, vale a dire uno strato di circuito (foglio di rame), uno strato di isolamento e un substrato metallico. Alcuni disegni per uso di fascia alta sono anche schede bifacciali, con una struttura di uno strato di circuito, strato di isolamento, base di alluminio, strato di isolamento e strato di circuito. Pochissime applicazioni sono schede multistrato, che possono essere fatte legando le schede multistrato ordinarie con strati isolanti e piastre di alluminio.

La differenza tra FR-4 e piastra di alluminio

1.Prestazioni

Il confronto tra filo (filo di rame) e corrente fusibile su diversi materiali del substrato, dal confronto tra piastra di alluminio e piastra FR-4, mostra che a causa dell'elevata dissipazione del calore del substrato metallico, la conducibilità è significativamente migliorata, indicando le elevate caratteristiche di dissipazione del calore della piastra di alluminio da un'altra prospettiva. La dissipazione del calore del substrato di alluminio è correlata al suo spessore dello strato isolante e alla conducibilità termica. Più sottile è lo strato isolante, maggiore è la conducibilità termica (ma minore la resistenza alla pressione) della piastra di alluminio.

2.Processabilità

Una piastra di alluminio ha alta resistenza meccanica e tenacità, che è superiore a una piastra FR-4. A questo scopo, i pannelli stampati di grande area possono essere realizzati su piastre di alluminio, su cui possono essere installati componenti di grandi dimensioni.

3. Prestazioni di schermatura elettromagnetica

Per garantire le prestazioni dei circuiti,alcuni componenti nei prodotti elettronici devono prevenire le radiazioni e le interferenze elettromagnetiche. Le piastre di alluminio possono servire come piastre di schermatura per schermare le onde elettromagnetiche.

4.Coefficienti di espansione termica

A causa dell'espansione termica di FR-4 generale, in particolare lo spessore della piastra, la qualità dei fori e dei fili metallizzati è influenzata. La ragione principale è che il coefficiente di espansione termica del rame nella materia prima è 17 * 106cm/cm-C di spessore e il coefficiente di espansione termica della piastra FR-4 è 110 * 106cm/cm-c, che ha una differenza significativa ed è incline all'espansione del substrato di riscaldamento, cambiamenti nei fili di rame e danni all'affidabilità del prodotto causati dalla rottura del foro metallico. Il coefficiente di espansione termica della piastra di alluminio è 50 ×106cm/cm-C, più piccolo del normale bordo FR-4 e vicino al coefficiente di espansione termica della lamina di rame.

5.Campi di applicazione

La scheda FR-4 è adatta per la progettazione generale del circuito e per i prodotti elettronici ordinari. Le piastre di alluminio sono spesso utilizzate in prodotti elettronici con elevati requisiti di dissipazione del calore, come le schede luminose del LED.

FR4 è una scheda di resina epossidica rinforzata in fibra di vetro, che è una delle schede più comunemente utilizzate nella produzione di PCB. Ha eccellente resistenza meccanica, resistenza al calore e prestazioni elettriche e può funzionare ad alte temperature e frequenze. Il bordo FR4 ha un piccolo coefficiente di espansione termica e buona stabilità, rendendolo adatto per la fabbricazione di prodotti elettronici di alta precisione.

Una piastra di alluminio è un substrato metallico composto da una piastra di alluminio, strato isolante e foglio di rame. Ha eccellente conducibilità termica e prestazioni di dissipazione del calore, adatto per la produzione di prodotti elettronici ad alta potenza. La prestazione di dissipazione del calore della piastra di alluminio è migliore di quella della piastra FR4, quindi è adatta per la produzione di luci LED ad alta potenza, convertitori di frequenza ad alta potenza e altri prodotti elettronici.

La diversità delle schede PCB offre più scelte per la produzione di prodotti elettronici. Nella selezione delle schede, è necessario considerare in modo completo fattori quali i requisiti di prestazione, l'ambiente di lavoro e il costo dei prodotti elettronici. FR4 vs piastra di alluminio ha i loro vantaggi e svantaggi, che devono essere selezionati in base alla situazione reale.