Rancangan Elektronik - Pilihan bahan PCB dirancang papan litar PCB

Perilaku panas, mekanik dan elektrik setiap PCB bergantung pada ciri-ciri bahan substrat PCB, konduktor dan bahan komponen. Di antara bahan-bahan yang berbeza ini, penjana PCB boleh mengawal perilaku papan sehingga besar dengan memilih bahan-bahan substrat PCB yang betul. Ciri-ciri bahan PCB, terutama resin dan laminat, akan menentukan bagaimana papan litar anda bertindak balas kepada stimul mekanik, panas, dan elektrik. Apabila anda perlu memilih bahan substrat PCB, apa ciri-ciri bahan PCB yang paling penting untuk papan sirkuit anda? Jawapan bergantung pada aplikasi papan sirkuit dan persekitaran di mana PCB akan digunakan. Apabila memilih prepreg dan laminat untuk PCB berikutnya, ciri-ciri bahan penting berikut patut dianggap untuk rujukan aplikasi anda. Pilihan substrat anda tidak lagi terbatas kepada FR4, tetapi anda tidak perlu memilih PCB laminasi dengan mudah. Anda perlu pertama-tama memahami bagaimana ciri-ciri bahan berbeza mempengaruhi PCB and a, dan kemudian memilih laminat yang boleh memenuhi keperluan operasi anda. Jangan hanya mendengar persembahan pemasaran pemasaran laminat; mengambil masa untuk memahami ciri-ciri bahan setiap substrat dan bagaimana ia mempengaruhi PCB anda. Anda boleh mencari beberapa data mengenai prestasi bahan PCB di Internet, tetapi lebih baik untuk berkonsultasi dengan pembuat, terutama untuk bahan laminat khusus, kerana tiada dua laminat sama persis, dan tiada dua sama persis. Bahan yang lebih eksotik seperti keramik dan PCB inti logam mempunyai siri ciri-ciri bahan unik. Ciri-ciri bahan PCB yang penting yang semua perancang patut faham dibahagi ke empat kawasan: ciri-ciri elektrik, struktur, mekanik dan panas. Ciri-ciri elektrik Semua ciri-ciri elektrik yang penting yang perlu dipertimbangkan dalam bahan substrat PCB hari ini diperlihatkan dalam konstan dielektrik. Konstant dielektrikThis is the main electrical characteristic to be considered when the PCB is designed for the lamination of high-speed/high-frequency PCBs. Pemalar dielektrik adalah kuantiti kompleks, ia adalah fungsi frekuensi, menyebabkan bentuk pembebasan berikut dalam substrat PCB:pembebasan kecepatan: Kerana konstant dielektrik adalah fungsi frekuensi, frekuensi berbeza akan mengalami aras yang berbeza kehilangan dan mendarab pada kelajuan berbeza. Penyerangan kehilangan: Penyerangan yang mengalami oleh isyarat juga fungsi frekuensi. Model sederhana penyebaran kromatik menunjukkan bahawa kehilangan meningkat dengan frekuensi, tetapi ini tidak tepat. Mungkin ada hubungan yang rumit antara kehilangan dan spektrum frekuensi beberapa laminat. Kedua kesan ini berkontribusi kepada darjah penyelesaian pengalaman isyarat semasa penyebaran. Untuk isyarat analog yang beroperasi pada lebar band yang sangat sempit atau frekuensi tunggal, penyebaran kromatik tidak penting. Namun, ia sangat penting dalam isyarat digital dan merupakan salah satu cabaran utama dalam pemodelan isyarat digital kelajuan tinggi dan rancangan sambungan. Sifat strukturThe structure of the PCB and its substrate will also affect the mechanical, thermal and electrical properties of the board. Karakteristik-karakteristik ini terutamanya disebut dalam dua cara: kaedah weaving kaca dan kasar konduktor tembaga. Gaya weave kacaThe glass weave pattern will leave a gap on the PCB substrate, which is related to the resin content on the board. Nisbah volum kaca dan resin impregnasi digabungkan untuk menentukan konstan dielektrik rata-rata volum substrat. Selain itu, ruang dalam corak weave kaca menghasilkan kesan weaving serat yang dipanggil, di mana konstan dielektrik substrat yang berbeza sepanjang garis sambungan menyebabkan defleksi, resonansi, dan kehilangan. Kesan ini menjadi sangat terkenal pada frekuensi ~50 GHz atau lebih tinggi, yang mempengaruhi isyarat radar, isyarat Gigabit Ethernet dan isyarat saluran LWDSSerDes biasa.

Kekasaran tembaga Walaupun ini sebenarnya ciri struktur konduktor tembaga dicetak, ia berkontribusi kepada impedance elektrik antara sambungan. Kekerasan permukaan konduktor secara efektif meningkatkan resistensi kesan kulit pada frekuensi tinggi, yang menyebabkan kerugian induktif disebabkan oleh arus eddy yang diduka semasa penyebaran isyarat. Pencetakan tembaga, kaedah depositi tembaga dan permukaan prepreg semua akan mempengaruhi kekasaran permukaan ke suatu kadar tertentu. Performasi panas Apabila memilih bahan substrat, ciri-ciri panas PCB laminat dan substrat perlu dibahagi kepada dua kumpulan. konduktiviti termal dan panas spesifikThe heat required to increase the temperature of the board by one degree is quantified by the specific heat of the substrate, and the heat transferred through the substrate per unit time is quantified by the thermal conductivity. Ciri-ciri bahan PCB ini bersama-sama menentukan suhu akhir papan sirkuit apabila ia mencapai keseimbangan panas dengan persekitaran semasa operasi. Jika anda menggunakan papan sirkuit anda dalam persekitaran yang memerlukan untuk menyebar panas dengan cepat ke sink panas besar atau chassis, anda perlu menggunakan substrat dengan konduktiviti panas yang lebih tinggi. Kedua sifat bahan PCB ini juga berkaitan. Semua bahan mempunyai koeficien pengembangan panas tertentu (CTE), yang kebetulan adalah jumlah anisotropi dalam substrat PCB (iaitu, koeficien pengembangan berbeza dalam arah berbeza). Apabila suhu papan sirkuit melebihi suhu transisi kaca (Tg), nilai CTE tiba-tiba akan meningkat. Idealnya, nilai CTE sepatutnya sebanyak mungkin rendah dalam julat suhu yang diperlukan, dan nilai Tg sepatutnya sebanyak mungkin. Substrat FR4 paling murah mempunyai Tg~130°C, tetapi kebanyakan penghasil menawarkan inti dan pilihan laminat dengan Tg~170°C. Ciri-ciri panas yang terdaftar di atas juga berkaitan dengan stabiliti mekanik konduktor pada substrat PCB. Terutama, ketidakpadanan CTE mencipta masalah kepercayaan yang diketahui dalam vias nisbah aspek tinggi dan vias buta/terkubur, di mana vias cenderung untuk pecahan disebabkan tekanan mekanik disebabkan oleh pengembangan volum. Oleh itu, bahan Tg tinggi dan laminat khusus lain telah dikembangkan, dan jurutera desain yang terlibat dalam desain PCB papan HDI mungkin mempertimbangkan menggunakan bahan alternatif ini.