Dati PCB - Resistenza dielettrica FR4

I valori tipici di resistenza dielettrica fr4 vanno da 800v/mil a 1500v/mil. La forza elettrica è determinata posizionando il materiale PCB in un breve impulso ad alta tensione a una frequenza di alimentazione CA standard.

Il materiale FR4 ha un'elevata resistenza dielettrica, che contribuisce alla sua prestazione di isolamento elettrico. Secondo il metodo di tessitura della fibra di vetro, la resina e lo spessore, la resistenza dielettrica di Fr4 è 45-70 kV/mm, il che significa che richiede alcune misure protettive per mantenere la sua sicurezza. Il coefficiente di espansione termica si riferisce al cambiamento di lunghezza di un materiale sotto variazioni di temperatura, solitamente espresso in ppm/° C. La costante dielettrica (Dk) di FR4 varia nell'intervallo da 3,8 a 4,8 MHz.

FR4 è un materiale laminato epossidico rinforzato con fibra di vetro comunemente usato con eccellenti proprietà elettriche e meccaniche. Nel campo dell'elettronica, la costante dielettrica di FR4 è un parametro di prestazione importante.

La costante dielettrica di FR4 è solitamente compresa tra 4 e 6, che è un intervallo relativamente alto di valori. Questo fa sì che FR4 svolga un ruolo importante nella progettazione dei circuiti elettronici. In primo luogo, l'alta costante dielettrica di FR4 gli consente di isolare efficacemente diverse linee di segnale nel circuito, evitando interferenze tra i segnali. In secondo luogo, un'alta costante dielettrica può anche aumentare il valore di capacità del condensatore e migliorare le prestazioni del circuito.

Il rapporto tra forza dielettrica e costante dielettrica

1.Concetto

a: La resistenza dielettrica è una misura della capacità di un materiale di resistere ad alta tensione senza generare la rottura dielettrica. Il campione è posto tra gli elettrodi e la tensione applicata è sollevata attraverso una serie di passaggi fino a quando si verifica la rottura dielettrica, per misurare la forza dielettrica.

b: La costante dielettrica è utilizzata per misurare le prestazioni di un isolante nello stoccaggio di energia elettrica. È il rapporto della capacità tra due piastre metalliche che utilizzano materiale isolante come mezzo alla capacità tra le stesse due piastre che utilizzano aria come mezzo o vuoto. La costante dielettrica rappresenta il grado di polarizzazione del dielettrico, che è la capacità di legare le cariche. Più grande è la costante dielettrica, più forte è la capacità di legare le cariche.

2. L'effetto della temperatura sulla costante dielettrica

La temperatura ha anche un impatto significativo sulle proprietà delle sostanze,in quanto influisce sulle interazioni tra molecole. In generale, man mano che la temperatura aumenta, l'interazione tra le molecole si indebolisce, con conseguente diminuzione della polarizzazione e diminuzione della costante dielettrica. Tuttavia, a causa dell'intensificazione del moto molecolare causata da un aumento della temperatura, la rottura è incline a verificarsi sotto l'azione di un campo elettrico esterno e anche la forza dielettrica diminuirà di conseguenza.

3.Contatto

La forza dielettrica si riferisce alla forza massima del campo elettrico che un materiale può sopportare in un campo elettrico. Se la forza del campo elettrico supera la forza dielettrica del materiale, il materiale sperimenterà la rottura elettrica. Più grande è la costante dielettrica, più forte è la resistenza del materiale ai campi elettrici e significa anche che la forza dielettrica del materiale è più alta.

La costante dielettrica è una quantità fisica che descrive la capacità di un materiale di rispondere a un campo elettrico, riflettendo la velocità di propagazione del campo elettrico nel materiale. Maggiore è la costante dielettrica, minore è la velocità di propagazione del campo elettrico nel materiale.

Costante dielettrica FR4 rispetto alla frequenza

La costante dielettrica dei materiali FR4 diminuisce alle alte frequenze, tipicamente scendendo vicino a 4,0 dal valore tipico di 4,7 a frequenze di segnale superiori a 5 GHz, un cambiamento critico per la progettazione del PCB. Questo cambiamento, noto come dispersione, fa sì che i segnali con componenti di frequenza differenti si propagano attraverso l'allineamento PCB a velocità diverse, il che può alla fine causare distorsioni del segnale.

Velocità di propagazione del segnale

Quando la costante dielettrica varia con frequenza, la velocità di fase e la velocità del gruppo del segnale sono influenzate. La velocità di fase è inversamente proporzionale alla radice quadrata della costante dielettrica, il che significa che una diminuzione della costante dielettrica accelera la propagazione del segnale. Tuttavia, questa velocità di propagazione incoerente può causare differenze di fase tra i diversi componenti di frequenza del segnale quando raggiunge l'estremità ricevente, che può portare alla distorsione e alla degradazione dell'integrità del segnale.

Aumento della perdita di segnale

Alle alte frequenze, il fattore di perdita (Df) dei materiali FR4 aumenta significativamente. Ciò significa che durante la trasmissione del segnale, la potenza del segnale diminuirà gradualmente a causa della perdita dielettrica, che può portare alla distorsione del segnale. Questa perdita è particolarmente significativa nella trasmissione del segnale digitale ad alta velocità perché maggiore è la frequenza, maggiore è l'attenuazione del segnale.

In sintesi, i cambiamenti nella costante dielettrica dei materiali FR4 ad alte frequenze possono portare a:

Distorsione del segnale: a causa delle velocità di propagazione incoerenti dei diversi componenti di frequenza, possono essere attivate estensioni di ritardo temporale, portando a distorsione della forma d'onda del segnale.

Attenuazione del segnale: Il fattore di perdita aumentato può portare alla degradazione rapida del segnale durante la trasmissione, influenzando la forza e l'affidabilità del segnale.

Strategie di selezione dei materiali: Quando si progettano circuiti ad alta frequenza, può essere necessario considerare l'utilizzo di materiali con costanti dielettriche inferiori e perdite inferiori, come ceramica o PTFE, al fine di mantenere l'integrità del segnale.

La resistenza dielettrica FR4 è una misura della resistenza elettrica di un materiale come isolante e maggiore è la resistenza dielettrica, migliore è la sua qualità come isolante. Quando la forza del campo elettrico supera la forza dielettrica del materiale, il materiale può sperimentare guasti o guasti elettrici, portando ad un improvviso aumento della corrente ed guasto elettrico.