Технология PCB - выбор материала PCB: электрические и производственные факторы

When choosing a PCB material, важно сделать правильный выбор для вашего проектирования, так как материал влияет на общие свойства. Understanding how thermal and electrical characteristics affect your design before entering the manufacturing stage can save you time and money while achieving the best results.

структура стека PCB для создания многослойный PCB in a continuous sequence. слоистая пластина состоит из сердечника, prepreg and copper foil. В общем, the stacking is symmetrical. большая часть продукции толщина листов менее 62 мм.

What material is used for the circuit board?

PCB выбор материалов: электротехнические и производственные соображения

материал PCB: фольга, core and prepreg

для изготовления печатных плат используются следующие 3 элемента:

предварительное выщелачивание: материал уровня B, имеющий вязкость, позволяющий склеивать различные слойные пластины или фольгу

медная фольга: проводник для печатных плат.

плакированная медная пластина (сердечник): ламинирование и отверждение через препрег и медную фольгу.

Основные характеристики диэлектрика

Мы знаем, что пластины PCB изготовлены из диэлектрика. при выборе ламинарного пресса мы должны учитывать различные характеристики используемых диэлектриков.

тепловые свойства:

Glass transition temperature (T g): The glass transition temperature or T g is the temperature range at which the substrate changes from a glassy, от окостенения до размягчения, deformable state as the polymer chain becomes more mobile. при охлаждении материала, its characteristics will return to its original state. T g is expressed in degrees Celsius (°C).

температура разложения (т d): температура разложения или т.д. как и в случае с тG, TD также представлена по Цельсию (по Цельсию).

удельная теплопроводность (к): теплопроводность, или к, является свойством теплопроводности материала; низкий коэффициент теплопроводности означает низкую теплопередачу, высокий коэффициент теплопроводности означает высокую теплопередачу. коэффициент теплопередачи в ватт / м / с (W / м°C).

Coefficient of Thermal Expansion (CTE): The coefficient of thermal expansion or CTE is the expansion rate of the PCB material when heated. CTE is expressed in parts per million (ppm) per heating degree Celsius. When the temperature of the material rises above T g, CTE также поднимается. The CTE of the substrate is usually much higher than that of copper, при нагревании PCB может возникнуть проблема межсоединений.

электрические характеристики:

Dielectric constant (E r or D k): Considering the dielectric constant of the material is very important for the consideration of signal integrity and impedance, Это ключ к высокочастотным электрическим характеристикам. The Er of most PCB materials is in the range of 2.5: 4.5.

значения, приведенные в таблице данных, применяются только в отношении доли смолы в материалах (обычно 50%). фактическая доля смолы в керне или препреге варьируется в зависимости от ее состава, и поэтому dk может быть другим. Процентная доля меди и толщина предварительно пропитанного материала, в конечном счете, определяют высоту среды. диэлектрическая постоянная обычно снижается с увеличением частоты.

тангенс угла потерь (tan 's end) или коэффициент потерь (df): тангенс или коэффициент потерь угла потерь - тангенс угла сопротивлений между ток сопротивления и ток реактивности в диэлектрике. диэлектрические потери увеличиваются с увеличением величины df. более низкие значения d f приводят к "быстрому" базису, а более крупные значения d f ведут к "медленному" базису. Df с небольшим увеличением частоты; для высокочастотных материалов с очень низким значением d f, их частотное изменение очень незначительно. диапазон значений составляет 0001 - 0030.

нормальная скорость и потери: материал с нормальной скоростью является наиболее распространенным в серии PCB - FR - 4. их диэлектрическая константа (dk) и частотная реакция не очень плоская и имеют более высокие потери диэлектрика. Таким образом, их применимость ограничивается несколькими цифровыми / аналоговыми видами применения ГГц. Примером этого является Isola 370 HR.

Medium speed and loss: Medium speed materials have a flatter D k vs. частотная характеристика, and dielectric loss is about half of normal speed materials. Это относится к окружающей среде до 10 ггц. An example of this material is Nelco N7000-2 HT.

высокая скорость и низкие потери: эти материалы также имеют более плоскую кривую k и частотной реакции и низкие диэлектрические потери. по сравнению с другими материалами, они также производят менее вредные электрические шумы. одним из примеров таких материалов является Isola I - Speed.

высокая скорость и очень низкие потери (RF / микроволны): материал, используемый для применения RF / микроволн, имеет наиболее плавную dk и Частотную реакцию, а также наименьшие потери диэлектрика. Они применяются к применению до 20ггц. Примерами таких материалов являются Isola I - Tera MT40 и MT40, а также тахион 100G.

потери сигнала и частота работы

материал PCB влияет на Целостность сигналов в высокочастотных схемах. при выборе правильной базы PCB и медной фольги можно свести к минимуму затухание на платы. When it comes to signal loss in PCBs, Эти два материала играют очень важную роль. Signal loss includes dielectric loss and copper loss.

диэлектрическая потеря

диэлектрический материал состоит из поляризованных молекул. These molecules vibrate in the electric field created by the time-varying signal on the signal trajectory. Это нагревает диэлектрик и приводит к потере диэлектрика в сигнале. Эти потери сигналов увеличиваются по частоте. The use of materials with a lower dissipation factor can minimize signal loss. повышение частоты, Чем больше убыток of any given material. Это из - за изменения электромагнитного поля, которое приводит к молекулярным колебаниям в диэлектрике. The faster the molecule vibrates, the greater the loss.

потери меди

потери меди is essentially related to the current flowing through the conductor. электрон может не всегда быть центром проводника. если следы меди состоят из никеля, most of the current may flow through the nickel layer. с увеличением частоты, the skin effect loss will become greater. Это может быть компенсировано увеличением ширины дорожки записи, which in turn creates a larger surface area. более широкий след всегда имеет более низкий скин - эффект потеря. The profile of the copper foil-dielectric tooth interface increases the effective length, это увеличивает потери меди. It is always recommended to use thin or very thin copper.

для того чтобы лучше выбрать материал PCB, в нижеследующей таблице основные материалы подразделяются на различные категории в зависимости от характеристик потери сигнала.

PCB выбор материалов: электротехнические и производственные соображения

сравнение категорий материала PCB с тангенциальными убылями на 10 ггц

Слева у нас есть материал типа FR - 4. Это стандартные и легко обработанные материалы, которые могут быть использованы в любых прикладных целях. Но они также являются самыми изношенными слойными плитами. У него могут быть и другие электрические и механические проблемы. такие материалы, как Isola I - speed, Isola Astra и тахионы, демонстрируют низкие потери при высоких частотах.

выбор медной фольги

Ниже приводится ряд характеристик, которые мы должны учитывать при выборе медной фольги:

толщина меди: типичный диапазон толщины 0,25 унций (0,3 миллиметра) до 5 унций (7 миллиметров).

Copper purity: It is the percentage of copper in the copper foil. чистота медной фольги электронной формы составляет около 99%.7%.

контур раздела медь - диэлектрик: тонкий тип имеет низкосигнальные потери меди под высокой частотой.

Copper foil type

омеднение: эта медь имеет вертикальное строение частиц и более шероховатую поверхность. гальваническое меди обычно используется в жестких PCB.

прокатная медь: очень тонкая медь, полученная в результате обработки между тяжелыми роликами, широко используется в производстве гибкого PCB. прессованная медь имеет горизонтальную структуру текстуры и более гладкую поверхность, что делает ее жесткой - гибкий и гибкий идеальный выбор PCB.

оптимальная практика отбора материалов PCB

коэффициент согласования теплового расширения (CTE): CTE является одним из важнейших тепловых свойств базы. Если компоненты основной платы имеют различные CTE, то они могут расширяться при различных скоростях изготовления.

выбор компактной базовой структуры: компактная основная структура в дистрибутиве Dk будет равномерной.

Avoid the use of FR (flame retardant)4 in high frequency applications: This is due to its high dielectric loss and steeper D k vs. частотная характеристика. (For frequencies below 1 GHz).

использование материала с низкой влажностью: влагосодержащий означает способность материала PCB (в данном случае меди) сопротивляться поглощению воды при погружении в воду. В соответствии со стандартной методикой тестирования, при регулируемом режиме, вес материала PCB увеличивается в процентном отношении из - за поглощения воды. В большинстве материалов влажность составляет от 0,01% до 0,20%.

Always use CAF-resistant materials: Conductive anode filament (CAF) is a metal filament formed by an electrochemical migration process that is known to cause ошибка PCB. использование материалов против CAF является одним из наиболее эффективных средств предотвращения образования и ликвидации CAF.