電子設計 - PCB回路基板設計PCB材料選択

熱, 各PCBの機械的及び電気的挙動は、前記の材料特性に依存する PCB基板, 導体及び構成材料. これらの異なる材料の間で, PCBデザイナー することができますボードの動作を制御することができます最大の範囲には、正しい選択 PCB基板 材料. PCB材料の特性, 特に樹脂とラミネート, あなたの方法を決定します 回路基板 機械に反応する, 熱, 電気刺激.
を選択するときに PCB基板 材料, どのPCB材料特性が最も重要ですか 回路基板? 答えは、アプリケーションの依存 回路基板 とPCBが配備される環境. 次PCBのためのプリプレグと積層材の選択, あなたのアプリケーション参照のために以下の重要な材料特性を考慮しなければなりません.
基板の選択はFR 4にはもはや制限されない, しかし、あなたは簡単にPCBラミネートを選ぶべきではありません. 最初に、異なる材料特性がどのようにPCBに影響するかを理解しなければなりません, 次に、あなたの操作要件を満たすことができるラミネートを選択して. 単にラミネートメーカーのマーケティングプレゼンテーションを聞いてはいけません各基板の材料特性を理解し、どのようにPCBに影響を与えるのに時間がかかる.
インターネット上のPCB材料の性能に関するデータを見つけることができます, しかし、メーカーに相談するのがベストです, 特に特殊積層材料, つのラミネートが全く同じでないので, そして、2つはまったく同じです. セラミックや金属コアのPCBのようなよりエキゾチックな材料は一連のユニークな材料特性を有する.
すべての設計者が理解すべき重要なPCB材料の特性は、4つの領域に分けられる, 構造, 機械, 熱的性質.
Electrical properties
All important electrical properties that need to be considered in today's PCB基板 材料は誘電率に反映される.
Dielectric constant
This is the main electrical characteristic to be considered when the PCB is designed for the lamination of high-speed/高周波PCB. 誘電率は複素量である, それは周波数の関数です, の分散の次の形態を引き起こす PCB基板:
Velocity dispersion: Because the dielectric constant is a function of frequency, 異なる周波数の損失の異なるレベルを経験し、異なる速度で繁殖する.
損失分散：信号によって経験される減衰はまた、周波数の関数である. 波長分散の簡単なモデルは、損失が周波数と共に増加することを示す, しかし、これは厳密には正しくない. いくつかの積層体の損失と周波数スペクトルの間には複雑な関係があるかもしれない.
これらの2つの効果は、伝搬中に経験する信号の歪みの度合いに寄与する. 非常に狭い帯域幅または単一周波数で動作するアナログ信号について, 色分散は重要ではない. しかし, それはデジタル信号において非常に重要であり、高速デジタル信号モデリングと相互接続設計における主要な課題の一つである.
Structural properties
The structure of the PCB and its substrate will also affect the mechanical, 基板の熱的および電気的性質. これらの特性は主に2つの方法で反映されている.
Glass weave style
The glass weave pattern will leave a gap on the PCB基板, これは、ボード上の樹脂内容に関係している. ガラスと含浸樹脂の体積比を組み合わせて基板の体積平均誘電率を決定する. 加えて, ガラス織りパターンの隙間はいわゆる繊維織り効果を生じる, 配線に沿って変化する基板誘電率が偏向を起こす場合, 共鳴, 損失. これらの効果は、周波数, レーダ信号に影響する, ギガビットイーサネットと典型的なLWDSserdesチャンネル信号.

Copper roughness
Although this is actually a structural feature of printed copper conductors, それは相互接続の電気インピーダンスに寄与する. 導体の表面粗さは、高周波数でのその効果を効果的に高める, 信号伝搬中の誘導渦電流に起因する誘導損失. 銅エッチング, 銅蒸着法とプリプレグ表面はすべて表面粗さにある程度影響する.
Thermal performance
When selecting the substrate material, PCB積層体と基板の熱特性は2つのグループに分けられる必要がある.
Thermal conductivity and specific heat
The heat required to increase the temperature of the board by one degree is quantified by the specific heat of the substrate, そして、単位時間当たりの基板を通して転送される熱は、熱伝導率によって定量化される. これらのPCB材料の特性は、最終的な温度を決定する 回路基板 運転中に環境と熱平衡に達すると. を配置する場合 回路基板 大きなヒートシンクまたはシャーシにすばやく熱を放散する必要がある環境で, 熱伝導率の高い基板を使用してください.
これらの2つのPCB材料特性も関連します. All materials have a certain coefficient of thermal expansion (CTE), これは、1つの異方性の量である PCB基板 (that is, the coefficient of expansion is different in different directions). 一度温度 回路基板 exceeds the glass transition temperature (Tg), CTE値が急増する. 理想的に, CTE値は、必要な温度範囲内で可能な限り低くなければならない, そしてTG値は可能な限り高くなければならない. 最も安い FR 4基板 TG ~ 130°C, しかし、ほとんどのメーカーは、TG.
上に記載された熱的性質は、その上の導体の機械的安定性にも関連している PCB基板. 特に, CTE不整合は高アスペクト比VIAとブラインドにおける既知の信頼性問題を生成する/埋没ビア, 体積膨張に起因する機械的応力によってどのビアが破壊を起こしやすいか. したがって, 高Tg材料及び他の特殊ラミネートが開発されている, デザインエンジニア ボードデザイン これらの代替材料を使用する.