PCB Блог - FR - 4 vs Алюминиевые листы

Материал платы FR4 представляет собой композиционный материал из стекловолокна и эпоксидной смолы, также известный как эпоксидная смола, пропитанная стекловолокном. Обычно соотношение между стекловолокном и эпоксидной смолой составляет 1: 2. Его преимущества включают хорошую термостойкость, стабильную электрическую изоляцию и высокую механическую прочность, что делает его широко используемым в различных электронных устройствах. CTE (коэффициент теплового расширения) - это степень расширения материала в ответ на изменение температуры, обычно выражаемая в ppm / °C (несколько тысячных частей / °C). Значения CTE FR - 4 составляют от 15 до 19 ppm / °C, что соответствует большинству потребностей в органической упаковке. По мере роста спроса на упаковки с низким CTE в промышленности, CTE FR - 4 подвергается более тщательной проверке.

CTE имеет решающее значение для производительности PCB, особенно при прохождении теплового цикла, поскольку несоответствие CTE между различными материалами вызывает напряжение, которое приводит к механическим сбоям. В частности, когда FR - 4 связывается с другими материалами, такими как медь, изменение температуры может привести к растрескиванию или отслоению интерфейса, поскольку скорость расширения каждого материала различна. Для обеспечения надежности конструкции необходимо точно учитывать горизонтальные и вертикальные CTE (CTEx, CTEy, CTEz) материалов FR - 4.

Процесс изготовления плат FR4 можно резюмировать следующим образом:

1. Подготовка стекловолокна: стекловолокно соединяется ткацким станком, образуя стекловолокно.

2. Необработанная обработка: Готовую стекловолокнистую ткань помещают в большую форму, добавляют эпоксидную смолу и закрепляют методом горячего прессования.

3. Прецизионная обработка: предварительно обработанная стекловолокнистая ткань проходит бурение, медное покрытие и проверку и обработку для производства различных спецификаций и моделей монтажных плат FR4.

FR - 4 - это базовая плата, обычно используемая в печатных платах (PCB), и ее коэффициент теплового расширения (CTE) важен для нескольких применений в электронной промышленности.

1. Теплоуправление и стабильность размеров

CTE материала FR - 4 обычно находится в диапазоне 50 - 70x10 ^ - 6 / °C, что представляет его стабильность размеров в процессе изменения температуры. Когда электроника работает, выработка тепла может привести к расширению или сжатию материала, а чрезмерное CTE может привести к деформации платы, влияющей на надежность. Дизайнеры должны учитывать влияние CTE, чтобы обеспечить бесперебойную работу платы в различных эксплуатационных условиях.

2. Надежность сварки

Во время сварки платы подвергаются быстрому тепловому циклу, а внезапное повышение и падение температуры может привести к плохому контакту припоя и последующему сбою соединения. Выбор подходящего материала CTE может снизить тепловое напряжение и обеспечить прочность и надежность точки сварки. Это особенно важно для сборки и миниатюризации электронных устройств с высокой плотностью.

3. Важность применения в высокочастотных схемах

Высокочастотные схемы имеют строгие требования к диэлектрическим свойствам материала и характеристикам теплового расширения. В высокочастотных приложениях FR - 4 неправильный выбор материала может привести к задержке и искажению сигнала. Надлежащий CTE для поддержания хорошей целостности сигнала на рабочих частотах является одним из ключевых факторов проектирования высокочастотных схем.

4. Соображения затратоэффективности

По сравнению с другими материалами, такими как керамика, PTFE и т. Д. FR - 4 является более дешевым вариантом с относительно стабильной производительностью. С точки зрения рентабельности, FR - 4 обеспечивает высокую экономичность в производстве при соблюдении основных требований CTE. Это преимущество в стоимости / производительности делает FR - 4 доминирующим материалом в нескольких областях, особенно в потребительской электронике.

Алюминиевая пластина представляет собой медную пластину на основе металла с хорошей функцией охлаждения. Как правило, одна панель состоит из трех слоев конструкции, то есть слоя схемы (медная фольга), изоляционного слоя и металлической подложки. Некоторые высококачественные конструкции также являются двухсторонними пластинами с конструкцией слоя схемы, изоляционного слоя, алюминиевой базы, изоляционного слоя и слоя схемы. Редко используется многослойная пластина, которая может быть изготовлена путем склеивания обычной многослойной пластины с изоляцией и алюминиевой пластиной.

Отличия FR - 4 от алюминиевых пластин

1. Производительность

Сравнение проводов (медных проводов) и токов предохранителей на различных материалах фундамента, по сравнению с алюминиевой пластиной и пластиной FR - 4, значительно улучшило проводимость из - за высокой теплоотдачи металлической подложки, что свидетельствует о высокой теплоотдаче алюминиевой пластины под другим углом. Отопление алюминиевой подложки зависит от толщины изоляционного слоя и коэффициента теплопроводности. Чем тоньше изоляционный слой, тем выше теплопроводность алюминиевой пластины (но тем ниже прочность).

2. Обрабатываемость

Алюминиевые пластины обладают высокой механической прочностью и вязкостью, превосходя пластины FR - 4. Для этого на алюминиевом листе можно изготовить крупногабаритные печатные листы, а на алюминиевом листе можно установить большие компоненты.

3. Свойства электромагнитной защиты

Чтобы обеспечить производительность схемы, некоторые компоненты в электронике должны предотвращать электромагнитное излучение и помехи. Алюминиевые пластины могут использоваться в качестве щитов для защиты от электромагнитных волн.

4. Коэффициент теплового расширения

Из - за теплового расширения FR - 4 в целом и толщины пластины в частности, это влияет на качество металлизированных отверстий и проводов. Основная причина заключается в том, что коэффициент теплового расширения меди в сырье составляет 17 * 106cm / cm - C по толщине, скорость теплового расширения пластины FR - 4 составляет 110 * 106cm / cm2, разница значительна, подвержена расширению нагревательной базы, изменениям медной проволоки и разрыву металлического отверстия для повреждения надежности продукта. Коэффициент теплового расширения алюминиевой пластины составляет 50×106cm / cm - C, что меньше, чем у обычной пластины FR - 4 и близко к тепловому расширению медной фольги.

5. Области применения

Плата FR - 4 предназначена для общего проектирования схем и обычной электроники. Алюминиевые пластины обычно используются для электроники с высокими требованиями к охлаждению, таких как светодиодные панели.

FR4 - это армированная стекловолокном эпоксидная смола пластина, одна из наиболее часто используемых пластин в производстве PCB. Она обладает отличной механической прочностью, термостойкостью и электрическими свойствами и может работать при высоких температурах и высоких частотах. Пластина FR4 имеет небольшой коэффициент теплового расширения, хорошую стабильность и подходит для производства высокоточной электроники.

Алюминиевая пластина представляет собой металлическую основу, состоящую из алюминиевой пластины, изоляционного слоя и медной фольги. Он обладает отличной теплопроводностью и теплоотводящими свойствами и подходит для производства мощной электроники. Алюминиевые пластины обладают лучшими теплоотводящими свойствами, чем пластины FR4, поэтому они подходят для производства мощных светодиодных ламп, мощных преобразователей частоты и других электронных продуктов.

Разнообразие PCB - панелей предоставляет больше возможностей для производства электроники. При выборе платы необходимо учитывать такие факторы, как требования к производительности, рабочая среда и стоимость электронных продуктов. У FR4 и алюминиевых пластин есть свои преимущества и недостатки, и их необходимо выбирать в соответствии с реальной ситуацией.