Verschiedene Arten von PCB-Substratmaterial für Ihr Projekt

In erster Linie muss das richtige PCB-Substratmaterial für die Herstellung von PCB ausgewählt werden. Hersteller verwenden viele Arten von Substratmaterialien, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie das richtige PCB-Substratmaterial für Ihr Projekt auswählen. Plus, Sie lernen verschiedene PCB-Substrattypen kennen.

PCB-Substrate: Alle wichtigen Eigenschaften von dielektrischem Material

Dieses Material ermöglicht eine minimale Strommenge aus dem Stromkreis. Weil zwischen zwei leitenden Schichten eine Isolierschicht besteht. Zum Beispiel, FR-4 ist die häufigste Art von Dielektrikum. Sie müssen seine Eigenschaften berücksichtigen, bevor Sie es für Ihre Leiterplatte auswählen.

Hier sind die 4 wichtigste Eigenschaften des dielektrischen Materials:

1. Thermische Eigenschaften

Betrachten wir die thermischen Eigenschaften des Substratmaterials:

Glasübergangstemperatur

Ein Temperaturbereich, in dem ein glasiger oder starrer Zustand des PCB-Substrats zu einem erweichten oder verformbaren Zustand wird. Die Eigenschaften des Materials kehren nach dem Abkühlen in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Sie können diesen Temperaturbereich in der Tg-Einheit ausdrücken. Und, Sie müssen diese Temperatur in Grad Celsius messen.

Zersetzungstemperatur

Td ist ein Ausdruck, der für die Zersetzungstemperatur verwendet wird. Es ist eine chemische Zersetzungsmethode, bei der Material bis zu verlieren kann 5% der Masse. Die Maßeinheit von Td ist ^dieC..

In diesem Prozess Eigenschaften oder nicht reversibel. Wenn ein Substratmaterial seine Zersetzungstemperatur erreicht, es kommt zu einer Änderung der Materialeigenschaften. Nach dieser Änderung, Die Eigenschaften der Materialien sind nicht reversibel. Auf der anderen Seite, Eigenschaften sind in der Glasübergangstemperatur reversibel.

Sie sollten ein Substratmaterial wählen, für das der Temperaturbereich kleiner als Td und höher als Tg sein sollte. Der Temperaturbereich kann also zwischen liegen 200 und 250 ^dieC.. Deshalb, versuchen Sie, Td höher als dies zu machen.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient

Der CTE zeigt die Geschwindigkeit an, mit der sich ein PCB-Material nach dem Aufheizen ausdehnt. Sie können CTE in Teilen / Million ausdrücken. Wenn die Temperatur des Materials als Tg steigt, Der CTE steigt ebenfalls an. Die meisten Substrate haben einen höheren CTE als Kupfer. Dies kann zu Verbindungsproblemen führen, wenn die Temperatur der Leiterplatte steigt.

Der CTE ist entlang der X- und Y-Achse vergleichsweise niedrig. Der CTE-Bereich liegt zwischen 10 und 20 ppm pro ^dieC entlang dieser Achsen. Es passiert wegen gewebtem Glas. Aufgrund dieser Zurückhaltung ist das Material in diesen Achsen. Als Ergebnis, Wenn die Temperatur über Tg liegt, tritt keine signifikante Änderung des CTE auf.

Aufgrund des gewebten Glases, Das Material dehnt sich entlang der Z-Achse aus. Daher sollte der CTE-Wert entlang dieser Achse so niedrig wie möglich sein. Sie sollten versuchen, es niedriger als zu halten 70 ppm pro ^dieC.. Der CTE steigt an, wenn das Material Tg überschreitet.

Außerdem, Sie können die Tg des Materials auch mithilfe von CTE ermitteln. Alles, was Sie brauchen, um eine Kurve von Temperatur gegen Verschiebung zu zeichnen.

Wärmeleitfähigkeit

Diese Eigenschaft befasst sich mit der Wärmeleitung. Sie können den Wert der Wärmeleitfähigkeit mit k darstellen. Eine geringe Wärmeleitfähigkeit zeigt eine geringe Wärmeübertragung und umgekehrt. Sie können die Wärmeleitfähigkeit eines Materials in Watt pro Meter ºC messen.

Die Mehrzahl der PCB-Substratmaterialien weist eine Wärmeleitfähigkeit zwischen auf 0.3 und 0.6 W / M-ºC. Diese Wärmeleitfähigkeit ist im Vergleich zu Kupfer deutlich geringer. Das k von Kupfer ist ungefähr 386 W / M-ºC. Kupfer-Ebenenschichten nehmen also im Vergleich zu dielektrischem Material in einer Leiterplatte mehr Wärme ab.

2. Elektrische Eigenschaften

Relative Permittivität der Dielektrizitätskonstante (Dk oder Er)

Es ist sehr wichtig, die Dielektrizitätskonstante des Materials zu berücksichtigen, um Impedanzüberlegungen und Signalintegrität zu überprüfen. Beides sind bemerkenswerte Faktoren für die elektrische Hochfrequenzleistung. Der Bereich von Er liegt zwischen 2.5 und 4.5 in den meisten PCB-Substratmaterialien.

Der Wert der Dielektrizitätskonstante hängt von der Frequenz ab. Wenn die Frequenz zunimmt, sein Wert wird abnehmen. Plus, Diese Änderung hängt ferner von der Materialart ab. Das am besten geeignete Material für Hochfrequenzanwendungen, bei denen die Dielektrizitätskonstante für einen weiten Frequenzbereich nahezu gleich bleibt.

Verlustfaktor oder Tangens des dielektrischen Verlusts (Df Tan δ)

Der Verlustfaktor des Materials liefert ein Maß für den Leistungsverlust aufgrund des Materials. Wenn der Verlustfaktor in einem Material geringer ist, Dies führt zu einem geringeren Stromausfall. Der Bereich von Tan δ in den meisten Leiterplattenmaterialien beträgt 0.02. Außerdem, der Wert von Tan δ kann sein 0.001 für verlustarmes und hochwertiges Material. Der Wert von Tan δ steigt mit zunehmender Frequenz.

Obwohl die Verlusttangente für digitale Schaltungen keine wesentliche Bedeutung hat, Es ist wichtig für Hochfrequenzen über 1 GHz. Plus, Der Verlustfaktor ist für analoge Signale sehr wichtig, da er beim Ermitteln des Grads der Signalverringerung hilft.

Volumenwiderstand

Hersteller bezeichnen den spezifischen Volumenwiderstand als elektrischen Widerstand. Es hilft bei der Messung der Isolation oder des elektrischen Widerstands des Materials. Wenn der spezifische Widerstand des Materials hoch ist, Es wird weniger elektrische Ladungsbewegung in der Schaltung geben. Die internationale Widerstandseinheit des Systems ist Ω-m.

Dielektrische Isolatoren weisen einen sehr hohen spezifischen Widerstandswert auf. Der spezifische Widerstandsbereich kann zwischen 10⁶ und 10¹⁰ Mega-Ohm-Zentimetern liegen. Feuchtigkeit und Temperatur beeinflussen den spezifischen Widerstand.

Oberflächenwiderstand – ρS

Der Oberflächenwiderstand oder ρS umfasst den elektrischen oder Isolationswiderstand des Materials einer Leiterplatte. Es muss auch einen sehr hohen Wert des Oberflächenwiderstands aufweisen, der dem Volumenwiderstand ähnlich ist. Deshalb, Der Wert des Oberflächenwiderstands sollte zwischen 10⁶ und 10¹⁰ Megaohm pro Quadrat liegen.

Elektrische Festigkeit

Diese Eigenschaft hilft bei der Messung der Widerstandsfähigkeit von Leiterplattenmaterial. Dies bedeutet, wie viel ein Material einem elektrischen Durchschlag entlang der Z-Achse widerstehen kann. Die internationale Einheit des Systems zur Messung der elektrischen Stärke ist Volt / mil. Die Mehrzahl der dielektrischen Materialien hat einen elektrischen Festigkeitswert von 800 zu 1500 Volt / Tausend.

3. Chemische Eigenschaften

Entflammbarkeitsspezifikationen - UL94

Es ist ein Standard für die Entflammbarkeit von Kunststoffen zur Klassifizierung von Kunststoffen vom niedrigsten zum höchsten Flammschutzmittel. Daher ist es sehr hilfreich für die Prüfung von Kunststoffgeräten. Underwriters Laboratories (UL) definiert diesen Standard. Hier sind einige wesentliche Anforderungen dieser Norm:

1. Die Proben mit flammender Verbrennung verbrennen nicht maximal 10 Sekunden nach den Apps der Testflamme.
2. Die Gesamtverbrennungszeit ist nicht größer als 50 Sekunden. Diesmal sind es die zehn Flammen-Apps für den Satz von fünf Proben.

• Die Proben verbrennen bei glühender Verbrennung nicht bis zur Halteklammer.

1. Plus, Es tropft keine brennenden Elemente ab, die die trockene, schwammige chirurgische Baumwolle entzünden. Die Baumwolle existiert 300 mm unter den Testproben.
2. Nach dem 2^ndEntfernen der Testflamme, Die Proben haben möglicherweise keine glänzende Verbrennung, die ungefähr bleibt 20 Sekunden.

Feuchtigkeitsaufnahme

Es ist eine Wasserbeständigkeit eines Leiterplattenmaterials. Sie können die prozentuale Gewichtszunahme einer Leiterplatte nach dem Absorbieren von Wasser feststellen. Des Weiteren, Sie können diesen Prozentsatz mit verschiedenen Testmethoden berechnen. Der Großteil des Materials kann dazwischen Wasser aufnehmen 0.01% und 0.20%.

Die Feuchtigkeitsaufnahme kann verschiedene Eigenschaften des Leiterplattenmaterials beeinflussen. Zum Beispiel, Dies kann die elektrischen und thermischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen. Plus, Dies beeinträchtigt die Fähigkeit, leitenden Anodenfilamenten zu widerstehen, wenn sie auf der Leiterplatte mit Strom versorgt werden.

Methylenchloridbeständigkeit

Es hilft bei der Messung der chemischen Beständigkeit der Platine. Insbesondere, Sie können die Widerstandsfähigkeit einer Platte gegen die Absorption von Methylenchlorid überprüfen.

Sie können den Wert in Prozent angeben. Sie werden die Gewichtszunahme nach Absorption von Methylenchlorid bemerken. Dies geschieht unter kontrollierten Bedingungen. Der Großteil des PCB-Substratmaterials weist eine Widerstandsfähigkeit zwischen auf 0.01% zu 0.20% ähnlich der Feuchtigkeitsaufnahme.

4. Mechanische Eigenschaften

Schälfestigkeit

Es bezeichnet die Bindungsstärke zwischen dem dielektrischen Material und dem Kupferleiter. Die Einheit zum Ausdrücken der Schälfestigkeit ist Pfund Kraft pro linearem Zoll. Sie können es als PLI bezeichnen.

Schälfestigkeitstests hängen von der Dicke des PCB-Substrats ab. Zum Beispiel, Sie brauchen Kupferspuren von 1 OZ dick zu Testzwecken. Außerdem, du brauchst 32 zu 124 mm breite Kupferspuren nach dem Standard-Leiterplattenherstellungsprozess. Sie können diesen Vorgang unter drei Bedingungen abschließen:

• Thermische Belastung: Nach 10s Schweben der Probe auf Lötmittel bei 288 ºC.
• Erhöhte Temperatur: Nach dem Aussetzen der Probe an die Flüssigkeit bei 125 ºC. Oder, Sie können das heißer Luft aussetzen.
• Exposition gegenüber Prozesschemikalien: Nachdem die Probe einer Reihe chemischer und thermischer Prozesse ausgesetzt wurde.

Biegefestigkeit

Es zeigt die Fähigkeit eines Materials, mechanische Beanspruchungen auszuhalten, ohne zu brechen. Sie können den Wert entweder in kg / Quadratmeter oder Pfund / Quadratzoll ausdrücken.

Der Mechanismus zur Prüfung der Biegefestigkeit ist sehr einfach. Sie können es ausführen, indem Sie ein Brett an seinem Ende abstützen und seine Mitte laden. Der Standard für starre und mehrschichtige Karten ist IPC-4101.

Elastizitätsmodul

Der Zugmodul ist ein weiterer Begriff für dieses Modul. Es gibt die Stärke des Materials auf der Leiterplatte an. Dieses Modul misst das Verhältnis von Spannung und Dehnung in einer bestimmten Richtung. Einige Hersteller messen die Festigkeit eher mit diesem Modul als mit der Biegefestigkeit. Sie können den gültigen Wert pro Flächeneinheit ausdrücken.

Dichte

Sie können die Dichte einer Leiterplatte in Gramm pro Kubikzentimeter messen. Plus, Einige Hersteller geben ihren Wert in Pfund / Kubikzoll an.

Zeit bis zur Delaminierung

Dieser Faktor zeigt die Widerstandszeit einer Leiterplatte gegen Delaminierung. Delaminierung kann durch Thermoschock auftreten, Feuchtigkeit, oder falsche Tg im Material. Außerdem, Dies kann aufgrund eines schlechten Laminierungsprozesses auftreten.

Was ist der beste Weg, um PCB-Substratmaterialien für Ihre PCB auszuwählen??

Es gibt viele PCB-Substrattypen auf dem Markt. Diese Typen variieren in der Dicke und Festigkeit des PCB-Substrats. Daher ist es sehr schwierig, das beste Substrat für Ihre Leiterplatten zu finden. Des Weiteren, Es wird zu Kopfschmerzen, selbst ein geeignetes Substrat ohne ausreichende Kenntnisse zu finden.

Es ist keine große Sache für Sie, die geeigneten PCB-Substrattypen für Ihren Bedarf auszuwählen. Weil Sie bereits die vollständigen Kriterien für die Auswahl des Substrats gelernt haben. Sie müssen berücksichtigen:

• Thermische Eigenschaften
• Elektrische Eigenschaften
• Chemische Eigenschaften
• Mechanische Eigenschaften

Wenn Sie mit diesen Eigenschaften vertraut sind, Sie können ein hochwertiges Substrat für Ihre Leiterplatten wählen. Plus, Sie sollten auch die Dicke des PCB-Substrats für Ihre Platine berücksichtigen.

Neben den Eigenschaften des Substrats, Sie sollten auch einige wichtige Eigenschaften des Substrats berücksichtigen. Hier sind einige wichtige Eigenschaften unten:

Arten von PCB-Substratmaterial

Leiterplatten kommen mit dem 2 Materialschichten, d.h.. obere und untere Schicht. Die oberste Schicht ist für viele Zwecke wie Reaktionen sehr wichtig. Plus, Das Design der Leiterplatte hängt von diesem Film ab.

Ähnlich, Die untere Schicht leistet einen guten Beitrag zu Entwurfszwecken. Der geschätzte Substratmarkt ist fast 51 Millionen Quadratmeter weltweit. Unternehmen verwenden unterschiedliche PCB-Substrattypen.

Die meisten Hersteller mischen dieses Material mit Epoxid. jedoch, andere mischen es mit BT-Mischung. Die meisten Unternehmen verwenden unterschiedliche alternative Schichten des dielektrischen Materials. Sie verwenden es mit oder ohne Verstärkung.

Hier sind einige grundlegende PCB-Substrattypen:

Das Vliesglas

Es umfasst eine Diffusion von Glasmikrofasern im Substrat. Sie sind bei höheren Frequenzen sehr gut. jedoch, Der Dispersionsfaktor im Vliesglas ist nicht würdig.

Gewebtes Glas

Es ist ein weiterer beliebter PCB-Substrattyp. Webglasgewebe ist der Baustein dieses Substrats. jedoch, es ist aufgrund seiner schlechten thermischen und mechanischen Stabilität nicht gut.

Gefüllt

Es kommt mit einem bestimmten Bereich der Dielektrizitätskonstante. Einige andere Materialien wie Keramik erhöhen ihre Dielektrizitätskonstante.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Substrat für Ihr Board auszuwählen. Der wichtigste Weg ist, sich vom kompetenten Engineering-Team der Hersteller helfen zu lassen.

Außerdem, Sie können das Substrat in kategorisieren 4 verschiedene Kategorien wie folgt:

Hartes / starres Brett

Hersteller verwenden es, um die Form einer Leiterplatte auf Länge zu halten. Sie sind Leiterplatten auf Keramikbasis. Es verhindert, dass Leiterplatten sich verbiegen oder andere Formen annehmen.

Weiche / flexible Bretter

Aufgrund ihrer Flexibilität, man kann es in vielen Projekten verwenden. Sie können sie in jedes Objekt oder jede Form umwandeln. Hersteller verwenden diesen Typ, wenn Objekte gebogen werden müssen. Daher sind Flexboards in einer solchen Situation die perfekte Option.

Flex-starre Leiterplatten

Für verschiedene Situationen, Unternehmen kombinieren für die Herstellung sowohl flexible als auch starre Platten Starrflex-Leiterplatten. Sie enthalten mehrere Schichten wie Polyimid. Flex-starre Platten werden hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militär eingesetzt. Des Weiteren, Sie können sie in verschiedenen medizinischen Geräten verwenden.

FR-4

Es ist heutzutage das kostengünstigste und gebräuchlichste Substrat, bei dem es sich um ein Glasfaser-Epoxid-Laminat handelt. FR ist eine Kurzform eines feuerhemmenden und erstaunlichen Isolators. Das Material enthält eine gute Menge Bromid, das ein nicht reaktives Halogen ist.

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Nach dem Lesen dieses ausführlichen Artikels, Sie sind jetzt mit den Anforderungen einer Leiterplatte vertraut. Ähnlich, Sie wissen, welche Faktoren Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie ein Substrat auswählen. Diese Informationen sind sehr hilfreich, um hochwertiges PCB-Substratmaterial für Ihre Produkte auszuwählen. Das Substrat von bester Qualität sorgt für hochwertige und lang anhaltende Effekte.

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