PCB 기술 - PCB 소재 선택: 전기 및 제조 요소

PCB 재료를 선택할 때는 재료가 전체 성능에 영향을 미치므로 설계에 적합한 선택을 하는 것이 중요합니다.제조 단계에 들어가기 전에 열 및 전기 특성이 설계에 어떤 영향을 미치는지 이해하면 시간과 비용을 절약하면서 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

PCB 계층 구조는 연속적인 순서로 다중 계층 PCB를 구성합니다.이 층의 압판은 자기심, 예침재, 동박으로 구성되어 있다.일반적으로 스택은 대칭적입니다.대다수 제품의 판두께는 62밀귀보다 작다.

회로 기판은 어떤 재료를 사용합니까?

PCB 소재 선택: 전기 및 제조 고려 사항

PCB 재료: 포일, 코어 및 프리패치

다음 3가지 항목을 사용하여 인쇄 회로 기판을 제조합니다.

예침재: B급 재료로 점성이 있어 서로 다른 층 압판이나 박을 접착할 수 있다

동박: 인쇄회로기판의 도체로 쓰인다.

복동층 압판(심): 예침재와 동박을 통해 층압과 고화를 진행한다.

전매질 재료의 기본 특성

우리는 PCB 층 압판이 개전 재료로 만들어졌다는 것을 안다.층압판을 선택할 때, 우리는 사용하는 전매질 재료의 각종 특성을 고려해야 한다.

열 성능:

유리화전환온도(Tg): 중합물사슬이 더욱 류동성을 띠게 됨에 따라 유리화전환온도 또는 Tg는 기저가 유리상태, 강성상태에서 연화상태, 가변형상태로 변하는 온도범위이다.재료가 냉각되면 특성이 원래 상태로 복원됩니다.T g는 섭씨 (°C) 로 표시됩니다.

분해 온도(T d): 분해 온도 또는 T d는 PCB 재료에서 화학 분해가 발생하는 온도입니다(재료 손실의 최소 5% 질량).Tg와 마찬가지로 Td도 섭씨 (°C) 로 표시됩니다.

열전도율(K): 열전도율, 또는 K라고 하는데 재료의 열전도 특성입니다.낮은 열전도율은 낮은 열전도율을, 높은 열전도율은 높은 열전도율을 의미한다.열 전달 속도는 와트/미터/섭씨(W/M °C) 단위로 측정됩니다.

열팽창계수(CTE): 열팽창계수 또는 CTE는 가열할 때 PCB 재료의 팽창률입니다.CTE는 가열당 섭씨 백만분의 1(ppm)로 표시됩니다.재료의 온도가 Tg 이상으로 올라가면 CTE도 상승합니다.기판의 CTE는 일반적으로 구리의 CTE보다 훨씬 높으며 PCB가 가열되면 상호 연결 문제가 발생합니다.

전기 특성:

유전 상수(E r 또는 D k): 재료의 유전 상수를 고려하는 것은 신호의 무결성과 임피던스를 고려하는 데 매우 중요합니다. 이것은 고주파 전기 성능의 핵심 요소입니다.대부분의 PCB 재료의 Er는 2.5 ~ 4.5 범위에 있습니다.

데이터 테이블의 값은 재료의 특정 (일반적으로 50%) 수지 함량 비율에만 적용됩니다.심재나 예침재 중 수지의 실제 백분율은 구성에 따라 달라지기 때문에 Dk도 변한다.예비 침출물 벽돌을 압출하는 구리의 백분율과 두께는 최종적으로 매체의 높이를 결정한다.개전 상수는 일반적으로 주파수가 증가함에 따라 감소한다.

손실각 탄젠트(tan Isla´) 또는 손실인수(D f): 손실각 탄젠트 또는 손실인수는 전매체에서 저항전류와 무공전류 사이의 위상각 탄젠트입니다.Df 값이 증가함에 따라 개전 손실이 증가합니다.D f의 값이 낮으면'빠름'기저가 생기고 값은'느림'기저가 생긴다.Df는 주파수에 따라 약간 증가합니다.Df 값이 매우 낮은 고주파 재료의 경우 주파수에 따른 변화가 매우 적습니다.이 값의 범위는 0.001에서 0.030까지입니다.

정상 속도 및 손실: 정상 속도 재료는 가장 일반적인 PCB 재료 - FR-4 시리즈입니다.그들의 개전 상수 (Dk) 와 주파수 응답은 그다지 평탄하지 않으며, 그것들은 더 높은 개전 손실을 가지고 있다.따라서 몇 개의 GHz 디지털 / 아날로그 애플리케이션에만 적용됩니다.이 재료의 한 예는 Isola 370HR입니다.

중속 및 손실: 중속 재료는 더 평평한 Dk와 주파수 응답 곡선을 가지고 있으며 매전 손실은 정상 속도 재료의 약 절반입니다.이는 최대 10 GHz의 주파수에 적용됩니다.이 재료의 한 예는 Nelco N7000-2HT입니다.

고속 저손실: 이 재료들은 더 평평한 D k와 주파수 응답 곡선 및 저매체 전력 손실도 가지고 있다.다른 재료에 비해 유해한 전기 소음도 적다.이 재료의 예는 Isola I-Speed입니다.

매우 높은 속도와 매우 낮은 손실(RF/마이크로파): RF/마이크로파 응용 프로그램에 사용되는 재료는 가장 평평한 Dk와 주파수 응답, 그리고 최소 개전 손실을 가지고 있다.최대 ~ 20GHz의 어플리케이션에 적합합니다.이 재료의 한 예는 Isola I-Tera MT40 및 Tachyon 100G입니다.

신호 손실 및 작동 빈도

PCB 재료는 고주파 회로의 신호 무결성에 영향을 줄 수 있습니다.올바른 PCB 기판과 동박을 선택하여 보드의 감쇠를 최소화할 수 있습니다.이 두 재료는 PCB의 신호 손실에 대해 언급할 때 매우 중요한 역할을 합니다.신호 손실에는 개전 손실과 구리 손실이 포함된다.

개전 손실

개전 재료는 극화 분자로 이루어져 있다.이 분자들은 신호 궤적에서 시변 신호로 인해 발생하는 전장에서 진동한다.이것은 전매질을 가열하여 신호 손실 중의 전매질 손실 부분을 초래할 수 있다.이런 신호 손실은 주파수가 증가함에 따라 증가한다.낮은 소모 인자를 가진 재료를 사용하면 신호 손실을 최소화할 수 있다.주파수가 높을수록 주어진 재료의 손실이 커진다.이것은 끊임없이 변화하는 전자장으로 인해 개전 재료 중의 분자가 진동하기 때문이다.분자가 빨리 진동할수록 손실은 더욱 커진다.

구리 손실

구리의 손실은 본질적으로 도체를 흐르는 전류와 관계가 있다.전자가 항상 도체의 중심을 흐르는 것은 아닐 수도 있다.만약 구리 흔적선이 니켈로 완성된다면 대부분의 전류는 니켈층을 흐를 수 있다.빈도가 증가함에 따라 피부 효과의 손실은 더욱 커질 것이다.이것은 흔적선의 폭을 증가시켜 보상할 수 있으며, 이는 반대로 더 큰 표면적을 낳을 수 있다.넓은 흔적은 항상 낮은 피부 감소 효과 손실을 가지고 있습니다.동박-전매질-치계면의 윤곽은 유효길이를 증가시켜 동손실을 증가시켰다.항상 얇은 구리 또는 매우 얇은 구리를 사용하는 것이 좋습니다.

PCB 재료를 더 잘 선택하기 위해 다음 표는 신호 손실 특성에 따라 기본 재료를 다른 범주로 나눕니다.

PCB 소재 선택: 전기 및 제조 고려 사항

10GHz 손실에 대한 PCB 재료 범주 비교

왼쪽에 FR-4와 비슷한 재료가 있습니다.모든 어플리케이션에 사용할 수 있는 표준적이고 손쉬운 일상적인 재료입니다.그러나 그것들도 손실이 가장 큰 층압판이다.다른 전기적, 기계적 문제도 많이 발생할 수 있습니다.Isola I-speed, Isola Astra 및 Tachyon과 같은 재료는 고주파에서 낮은 손실을 나타냅니다.

동박 선택

다음은 동박을 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 특성입니다.

구리 두께: 일반적인 두께 범위는 0.25 온스 (0.3 밀귀) 에서 5 온스 (7 밀귀) 입니다.

구리 순도: 동박에서 구리의 백분율을 가리킨다.전자급 동박의 순도는 약 99.7%이다.

구리 매체 인터페이스 아웃라인: 얇은 형태는 고주파에서 저신호 구리 손실을 가지고 있습니다.

동박 유형

전기 구리 도금: 이 구리는 수직의 결정 입자 구조와 더 거친 표면을 가지고 있다.구리 도금은 일반적으로 강성 PCB에 사용됩니다.

압연동: 중형 롤러 사이에서 가공하여 만든 매우 얇은 구리로 유연한 PCB를 생산하는 데 널리 사용된다.압연동은 수평 텍스처 구조와 더 매끄러운 표면을 가지고 있어 하드 플렉시블 및 플렉시블 PCB에 이상적입니다.

PCB 소재 선택 모범 사례

열 팽창 일치 계수(CTE): CTE는 기판의 가장 중요한 열 특성입니다.베이스보드의 부품에 서로 다른 CTE가 있으면 제조 과정에서 서로 다른 속도로 팽창할 수 있습니다.

컴팩트한 인프라 선택: 컴팩트한 인프라의 Dk 분포는 균일합니다.

고주파 응용 프로그램에서 FR (난연제) 4를 사용하지 마십시오: 이것은 높은 유전 손실과 더 가파른 D k 및 주파수 응답 곡선 때문입니다.(1GHz 이하 주파수의 경우)

흡습성이 낮은 재료 사용: 흡습성은 PCB 재료 (이 경우 구리) 가 물에 잠길 때 흡수에 저항하는 능력을 말한다.표준 테스트 방법에 따라 통제 된 조건에서 흡수로 인해 PCB 재료의 무게가 증가하는 백분율입니다.대부분의 재료는 0.01% ~ 0.20% 범위에서 흡습합니다.

항CAF 재료 항상 사용: 전도성 양극사 (CAF) 는 전기화학 마이그레이션 과정을 통해 형성된 금속사로 PCB 고장을 초래할 수 있는 것으로 알려져 있다.CAF 방지 재료를 사용하는 것은 CAF의 형성과 실효를 방지하는 가장 효과적인 방법 중의 하나이다.