PCB Блог - FR4 Диэлектрическая прочность

Типичные значения диэлектрической прочности FR4 варьируются от 800v / mil до 1500v / mil. Интенсивность электропитания определяется путем размещения материала PCB в импульсах короткого высокого напряжения на стандартной частоте питания переменного тока.

Материал FR4 обладает высокой диэлектрической прочностью, что способствует его электрическим изоляционным свойствам. В зависимости от метода плетения из стекловолокна, смолы и толщины, диэлектрическая прочность Fr4 составляет 45 - 70 кВ / мм, что означает, что для поддержания безопасности требуется определенная защита. Коэффициент теплового расширения - это изменение длины материала при изменении температуры, обычно выраженное в ppm / °C. Диэлектрическая константа FR4 (Dk) изменяется в диапазоне от 3,8 до 4,8 МГц.

FR4 - это широко используемый армированный стекловолокном эпоксидный слоистый материал с отличными электрическими и механическими свойствами. В области электроники диэлектрическая константа FR4 является важным параметром производительности.

Диэлектрическая константа FR4 обычно составляет от 4 до 6, что является относительно высоким диапазоном значений. Это позволяет FR4 играть важную роль в проектировании электронных схем. Во - первых, высокая диэлектрическая константа FR4 позволяет эффективно изолировать различные сигнальные линии в цепи, избегая помех между сигналами. Во - вторых, высокая диэлектрическая константа также может увеличить емкость конденсатора и улучшить производительность схемы.

Отношение диэлектрической прочности к диэлектрической постоянной

1. Концепция

a: Диэлектрическая прочность измеряет способность материала выдерживать высокое давление без диэлектрического пробоя. Образцы помещаются между электродами, повышая приложенное напряжение с помощью ряда шагов, пока не произойдет диэлектрический пробой для измерения диэлектрической прочности.

b: Диэлектрическая постоянная используется для измерения свойств изолятора при хранении электроэнергии. Она представляет собой отношение емкости между двумя металлическими пластинами, в которых используется изоляционный материал в качестве среды, и двумя идентичными металлическими пластинами, в которых воздух используется в качестве среды или вакуума. Диэлектрическая постоянная показывает степень поляризации диэлектрика, то есть способность связывать заряд. Чем больше диэлектрическая постоянная, тем сильнее способность связывать заряд.

2. Влияние температуры на диэлектрическую константу

Температура также оказывает значительное влияние на свойства вещества, поскольку она влияет на взаимодействие между молекулами. Как правило, с повышением температуры взаимодействие между молекулами ослабляется, что приводит к снижению поляризации и диэлектрической константы. Однако, поскольку повышение температуры приводит к усилению молекулярного движения, пробивание легко происходит под действием внешнего электрического поля, диэлектрическая прочность также снижается соответствующим образом.

3. Контактная информация

Диэлектрическая прочность - это максимальная сила электрического поля, которую материал может выдержать в электрическом поле. Если интенсивность электрического поля превышает диэлектрическую прочность материала, материал будет испытывать электрошок. Чем больше диэлектрическая константа, тем сильнее материал сопротивляется электрическому полю, что также означает более высокую диэлектрическую прочность материала.

Диэлектрическая постоянная - это физическая величина, которая описывает способность материала реагировать на электрическое поле и отражает скорость распространения электрического поля в материале. Чем выше диэлектрическая константа, тем медленнее распространяется электрическое поле в материале.

FR4 Связь диэлектрической постоянной с частотой

Диэлектрическая константа материала FR4 уменьшается при высоких частотах, как правило, с типичного значения 4,7 при частоте сигнала выше 5 ГГц до почти 4,0, что имеет решающее значение для конструкции PCB. Это изменение называется дисперсией, которая приводит к тому, что сигналы с различными частотными компонентами распространяются с разной скоростью через PCB - выравнивание, что в конечном итоге может привести к искажению сигнала.

Скорость распространения сигнала

Когда диэлектрическая постоянная изменяется с частотой, влияет фазовая и групповая скорость сигнала. Фазовая скорость обратно пропорциональна квадратному корню диэлектрической постоянной, что означает, что уменьшение диэлектрической постоянной ускоряет распространение сигнала. Однако, когда сигнал достигает приемного конца, эта непоследовательная скорость распространения может привести к разности фаз между различными частями сигнала, что в конечном итоге приведет к искажению и деградации целостности сигнала.

Увеличение потерь сигнала

При высоких частотах коэффициент потерь (Df) материала FR4 значительно увеличивается. Это означает, что во время передачи сигнала сила сигнала постепенно снижается из - за диэлектрических потерь, что может привести к искажению сигнала. Эта потеря особенно заметна при высокоскоростной передаче цифровых сигналов, поскольку чем выше частота, тем больше затухание сигнала.

Короче говоря, изменение диэлектрической константы материала FR4 при высоких частотах может привести к:

Ошибка сигнала: из - за непоследовательности скорости распространения различных частотных компонентов может вызвать расширение задержки, что приводит к искажению формы сигнала.

Ухудшение сигнала: увеличение коэффициента потерь приводит к быстрой деградации сигнала во время передачи, что влияет на интенсивность и надежность сигнала.

Политика выбора материала: При проектировании высокочастотных схем может потребоваться учитывать использование материалов с низкой диэлектрической константой и меньшими потерями, таких как керамика или PTFE, для поддержания целостности сигнала.

Диэлектрическая прочность FR4 является показателем электрической прочности материала как изолятора, и чем выше диэлектрическая прочность, тем лучше его качество как изолятора. Когда интенсивность электрического поля превышает диэлектрическую прочность материала, материал может испытывать электрический пробой или пробой, что приводит к внезапному увеличению тока и электрической неисправности.