Дизайн PCB - Как тепловые и электрические характеристики влияют на дизайн PCB

При выборе материала PCB важно сделать правильный выбор для вашего дизайна, поскольку материал влияет на общую производительность. Понимание того, как тепловые и электрические свойства влияют на ваш дизайн, прежде чем перейти на стадию производства, может сэкономить ваше время и деньги и достичь наилучших результатов.

Выбор материала PCB: меры предосторожности

Выбор материалов PCB: электрические и производственные соображения

Пакет PCB

Структура стека PCB представляет собой многослойную сборку PCB в непрерывном порядке. Этот слой состоит из магнитного сердечника, предварительно пропитанного материала и медной фольги. Как правило, стеки симметричны. Толщина пластины большинства изделий составляет менее 62 метров.

Какие материалы используются в монтажных платах?

Выбор материалов PCB: электрические и производственные соображения

Материалы PCB: фольга, сердечники и предварительно пропитанные материалы

Для изготовления печатных плат используются следующие три элемента:

Предпропитанный материал: материал класса B, который имеет вязкость и может склеивать различные слои пластин или фольги

Медная фольга: используется в качестве проводника в PCB.

Бронзовая пластина (сердечник): ламинирована и отверждена предварительно пропитанным материалом и медной фольгой.

Основные характеристики диэлектрического материала

Мы знаем, что ламинат PCB изготовлен из диэлектрических материалов. При выборе ламината нам необходимо учитывать различные характеристики используемого диэлектрического материала. Это:

электрическая характеристика

Температура преобразования стеклования (Tg) диэлектрическая константа (Dk)

Температура разложения (Td) Наклонение угла потерь или фактор потерь (Tan Yi or Df)

Коэффициент теплопроводности (k)

Коэффициент теплового расширения (CTE)

Тепловые свойства:

Температура преобразования стекла (Tg): Температура преобразования стекла или Tg - это диапазон температур, при котором основной материал переходит из стеклянного, жесткого состояния в смягчаемое, деформируемое состояние по мере того, как полимерная цепь становится более подвижной. Когда материал охлаждается, его свойства возвращаются в исходное состояние. Тг выражается в градусах Цельсия (°C).

Температура разложения (T d): Температура разложения или T d - это температура, при которой материал ПХБ подвергается химическому разложению (материал теряет не менее 5% массы). Как и T g, T d также выражается в градусах Цельсия (°C).

Коэффициент теплопроводности (K): коэффициент теплопроводности, или K, является характеристикой теплопроводности материала; Низкая теплопроводность означает низкую теплопередачу, а высокая теплопроводность означает высокую теплопередачу. Скорость теплопередачи измеряется в ваттах на метр по Цельсию (W / M°C).

Коэффициент теплового расширения (CTE): Коэффициент теплового расширения или CTE - это скорость расширения материала PCB при нагревании. CTE выражается в миллионах частей (ppm) на нагрев. Когда температура материала поднимается выше Тг, CTE также повышается. CTE в базовых пластинах обычно намного выше, чем у меди, что может привести к проблемам с соединением при нагревании PCB.

Электрические характеристики:

Диэлектрическая константа (E r или D k): Рассмотрение диэлектрической константы материала важно для учета целостности сигнала и сопротивления, что является ключевым фактором в электрических свойствах высоких частот. Эр большинства материалов PCB находится в диапазоне от 2,5 до 4,5.

Значения в таблице данных относятся только к конкретному (обычно 50%) проценту содержания смолы в материале. Фактический процент смолы в сердечнике или предварительно пропитанном материале варьируется в зависимости от состава, поэтому D k также будет отличаться. Процент меди и толщина экструдированного предварительно пропитанного материала будут в конечном итоге определять высоту среды. Диэлектрическая постоянная обычно уменьшается с увеличением частоты.

тангенс угла потерь (tan дельта) или фактор потерь (DF): тангенс угла потерь или фактор потерь - это тангенс угла фазы между током сопротивления и реактивным током в диэлектрике. Диэлектрические потери увеличиваются с увеличением значения D f. Низкое значение D f приводит к « быстрым» базовым пластинам, в то время как общее значение приводит к « медленным» базовым пластинам. Д - f немного увеличивается с частотой; Для высокочастотных материалов с очень низким значением D f изменения с частотой очень малы. Значения варьируются от 0001 до 0030.

Выбор материала PCB: основные категории

Основные категории материалов PCB включают:

Нормальная скорость и потери

Средняя скорость и потери

Высокоскоростные низкие потери

Высокие скорости и очень низкие потери (радиочастоты / микроволны)

Нормальная скорость и потери: Материал нормальной скорости является наиболее распространенным материалом PCB серии - FR - 4. Их диэлектрическая константа (D k) и частотная реакция не очень плоские и имеют более высокие диэлектрические потери. Таким образом, их применимость ограничивается несколькими цифровыми / аналоговыми приложениями ГГц. Примером такого материала является Isola 370HR.

Средняя скорость и потери: D k и кривая частотной реакции материала со средней скоростью более плоские, диэлектрические потери составляют около половины материала с нормальной скоростью. Это относится к частотам до ~ 10 ГГц. Примером такого материала является Nelco N7000 - 2 HT.

Высокоскоростные и низкие потери: эти производственные материалы PCB также имеют более плоские кривые D k и частотной реакции, а также низкие диэлектрические потери. Они также производят меньше вредного электрического шума, чем другие материалы. Примером такого материала является Изола I - Speed.