So wählen Sie das richtige dielektrische PCB-Material aus?

Unter dielektrischem PCB-Material versteht man das Material, das von Natur aus nicht leitend ist, Es ist sehr wichtig bei der Bildung der Leiterplatten. Diese Materialien wirken als Isolatoren und Barrieren zwischen den leitenden Schichten, um direkte Verbindungen zu vermeiden und die Signale klar zu halten. Mit steigendem Integrationsgrad, Die Wahl des in Leiterplatten verwendeten dielektrischen Materials ist entscheidend, um in kritischen Anwendungen eine zufriedenstellende Leistung zu erzielen. In diesem Blog, wir werden darüber diskutieren 4 Häufig verwendete dielektrische Materialien für Leiterplatten und einige Ratschläge zur Auswahl des besten Materials. Beginnen wir mit seiner Definition.

Was sind dielektrische Materialien??

Dielektrika sind Materialien, die keine Leitfähigkeit bieten und die Fähigkeit haben, elektrische Ladungen zu speichern und deren Fluss durch das Material zu verhindern. Zwei Eigenschaften zeichnen diese Materialien aus: Eine davon ist die Dielektrizitätskonstante, Dies gibt an, wie gut die Materialien elektrische Energie speichern und übertragen können. Der andere ist Verlustfaktor, Dabei wird gemessen, wie schlecht die Materialien elektrische Energie speichern können. Bei Leiterplatten wird zwischen den Leiterbahnen und Stellen ein dielektrisches Material zur elektrischen Isolierung verwendet, sodass kein Kurzschluss oder Signalstörungen auftreten. Die in der Platine verwendeten dielektrischen Materialien ermöglichen die Kapazität der Platine und dies ist in Hochfrequenz-„Hochgeschwindigkeits“-Schaltungen unerlässlich. Ihre Werte beeinflussen die Elektrik, Thermal-, und mechanische Leistung der Leiterplatte einschließlich Dielektrizitätskonstante, Wärmeleitfähigkeit, und mechanische Festigkeit des Materials.

Arten von dielektrischen PCB-Materialien

FR-4 (Flammhemmend 4)

FR-4 (Flammhemmend 4) ist eines der beliebtesten dielektrischen Materialien zur Herstellung von Leiterplatten. Es handelt sich um einen FC-Verbundwerkstoff, der aus verstärkter Glasfaser und Epoxidharz-Binder besteht. FR-4 hat einen guten elektrischen Widerstand, mechanische Eigenschaften, und Feuerbeständigkeit, deshalb, Es kann in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden. Dennoch, Seine Anwendungen sind in Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitssystemen etwas eingeschränkt, da die Dielektrizitätskonstante von FR4 vergleichsweise hoch ist.

Weiterführende Literatur: Ein umfassender Leitfaden zur FR4-Wärmeleitfähigkeit

CEM-1, CEM-2 und CEM-3

CEM-1, CEM-2, und CEM-3 sind mit Keramik gefüllte dielektrische Verbundmaterialien, weit verbreitet in Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten. Diese Materialien haben eine niedrigere Dielektrizitätskonstante und einen niedrigeren Verlustfaktor als FR-4, wodurch Signalverluste und Signalverschlechterung geringer sind. Sie weisen außerdem hervorragende Wärmekoeffizienten auf, die bei der Verwaltung der im System erzeugten Wärme helfen. jedoch, Diese Materialien sind in der Regel teuer und erfordern spezielle Herstellungsverfahren.

Polytetrafluorethylen (PTFE)

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein Fluorpolymermaterial mit elektrischen Eigenschaften wie Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor. Dielektrische Materialien aus PTFE-Polymer eignen sich ideal für Hochfrequenzschaltungen und die Übertragung von Mikrowellensignalen, und Schaltkreise, die in chemisch aggressiven Umgebungen und bei hohen Temperaturen eingesetzt werden sollen. jedoch, Sie können teurer sein und im Vergleich zu anderen Materialien sehr restriktive mechanische Eigenschaften aufweisen.

Polyimid

Polyimid ist ein dielektrisches Material für Leiterplatten, das aufgrund seiner thermischen Stabilität in Anwendungen mit hohen Betriebstemperaturen eingesetzt werden kann, geringe Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit, und guter dielektrischer Wert. Diese Art von Material wird häufig verwendet flexible und starrflexible Schaltungen und in Kreisläufen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden müssen oder aggressiven chemischen Stoffen ausgesetzt sind. jedoch, sie könnten teurer sein, und manchmal ist ihre Verarbeitung komplexer.

Eigenschaften, die bei der Auswahl dielektrischer PCB-Materialien zu berücksichtigen sind

Bei der Auswahl dielektrischer Materialien für Leiterplatten, Es ist wichtig, Folgendes zu berücksichtigen 4 Schlüsseleigenschaften:

1. Elektrische Eigenschaften

• Dielektrizitätskonstante(DK)

Dies zeigt, wie viel elektrische Energie das Material basierend auf der Dielektrizitätskonstante aufnehmen kann. Diese Eigenschaft beeinflusst die Geschwindigkeit von Signalen sowie die Impedanz; und niedrige DK-Werte sind bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen wünschenswert.

• Verlustfaktor(DF)

Der Verlustfaktor bestimmt die dielektrischen Verluste, und Figuren, die durch niedrigere DF-Werte gekennzeichnet sind, sind für den Hochfrequenzeinsatz geeignet. Es beeinflusst die Signaldämpfung und die Leistung.

• Elektrische Festigkeit

Unter elektrischer Festigkeit versteht man die Intensität der elektrischen Beanspruchung, der ein Material standhalten kann, bevor es zusammenbricht. Dies ist für Hochspannungsanwendungen sehr wichtig, um Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

2. Thermische Eigenschaften

• Glasübergangstemperatur (Tg)

Dies ist die Temperatur, bei der ein Polymer von einem harten und glasartigen Zustand in einen weichen und gummiartigen Zustand übergeht. Für mechanische Anwendungen, insbesondere solche, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, Es besteht die Tendenz, Materialien mit hoher Tg zu verwenden.

• Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)

Der WAK definiert das Ausmaß der Ausdehnung oder Schrumpfung des Materials bei Temperaturänderungen. Eine weitere Überlegung besteht darin, zu versuchen, den CTE der verwendeten dielektrischen Materialien dem von Kupfer anzugleichen, um mechanische Belastungen und Ausfälle während der fortgesetzten Verwendung oder thermischen Zyklen zu minimieren.

• Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß dafür, wie effektiv ein Material Wärmeströme vom Hochtemperaturbereich in den Niedertemperaturbereich übertragen kann. Somit, Eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit entlastet das Problem einer effizienten Wärmeableitung, was insbesondere bei elektronischen Schaltkreisen wichtig ist.

3. Chemische Eigenschaften

• Feuchtigkeitsaufnahme

Unter Feuchtigkeitsaufnahme versteht man die Menge an Wasser, die ein bestimmtes Material aufnehmen kann. Weniger Feuchtigkeit wird bevorzugt, um die elektrischen Eigenschaften und Merkmale wie Delaminierung nicht zu beeinträchtigen.

• Chemische Resistenz

Diese Eigenschaft misst die Fähigkeit des Materials, den Auswirkungen von Flüssigkeiten oder Lösungsmitteln zu widerstehen, Säuren und andere Chemikalien. Dies ist ein wichtiger Parameter zur Messung, ob eine Leiterplatte in rauen Umgebungen eingesetzt werden kann.

Fazit

Die Wahl des dielektrischen Materials in der Leiterplatte ist ein sehr wichtiger Faktor. Dies könnte die Leistung des Boards stark beeinträchtigen, seine Zuverlässigkeit und Anwendbarkeit für den vorgesehenen Zweck. Wie in diesem Blog erwähnt, Jedes dielektrische Material hat unterschiedliche Eigenschaften, einschließlich elektrischer, Thermal-, mechanisch, und chemisch. Sie sind sich immer noch nicht sicher, welches Material für Ihr Projekt perfekt ist? Kontaktiere uns jetzt. Unsere Ingenieure stehen Ihnen jederzeit zur Verfügung und geben Ihnen die beste Beratung bei der Auswahl des richtigen dielektrischen Materials für Leiterplatten.