Lo primero y más importante es elegir el material de sustrato de PCB adecuado para la fabricación de PCB. Los fabricantes usan muchos tipos de materiales de sustrato que varían en propiedades. Este artículo guía cómo elegir el material de sustrato de PCB adecuado para su proyecto. Más, aprenderá sobre los diferentes tipos de sustrato de PCB.
Sustratos de PCB: Todas las propiedades principales del material dieléctrico
Este material permite una cantidad mínima de electricidad del circuito.. Porque existe una capa aislante entre dos capas conductoras.. Por ejemplo, FR-4 es el tipo más común de dieléctrico sustancial. Debe considerar sus propiedades antes de elegirlo para su placa de circuito.
Aquí están los 4 propiedades más importantes del material dieléctrico:
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Propiedades termales
Consideremos las propiedades térmicas del material del sustrato.:
Temperatura de transición del vidrio
Un rango de temperatura en el que un estado vítreo o rígido del sustrato de PCB se convierte en un estado suavizado o deformable. Las propiedades del material vuelven a sus estados originales después de enfriarse.. Puede expresar este rango de temperatura en la unidad Tg. Y, necesitas medir esta temperatura en grados Celsius.
Temperatura de descomposición
Td es una expresión utilizada para la temperatura de descomposición. Es un método de descomposición química en el que el material puede perder hasta 5% de la masa. La unidad de medida de Td es elC.
En este proceso las propiedades no son reversibles. Cuando un material de sustrato alcanza su temperatura de descomposición, se produce un cambio en las propiedades del material. Después de este cambio, las propiedades de los materiales no son reversibles. Por otra parte, las propiedades son reversibles en la temperatura de transición vítrea.
Debe elegir un material de sustrato para el cual el rango de temperatura debe ser menor que Td y mayor que Tg. Entonces el rango de temperatura puede estar entre 200 y 250 elC. Por lo tanto, intenta hacer Td más alto que esto.
Coeficiente de expansión termal
El CTE muestra la velocidad a la que se expande un material de PCB después de calentar. Puede expresar CTE en partes / millón. Cuando la temperatura del material sube que Tg, el CTE también comienza a subir. La mayoría de los sustratos tienen un CTE más alto que el cobre.. Puede provocar problemas de interconexión cuando la temperatura de la PCB aumenta.
El CTE es bajo comparativamente a lo largo de los ejes X e Y. El rango de CTE es entre 10 y 20 ppm por elC a lo largo de estos ejes. Sucede debido al vidrio tejido.. Debido a esa restricción, el material en estos ejes. Como resultado, no se produce un cambio significativo en el CTE cuando la temperatura supera la Tg.
Debido al vidrio tejido, el material se expande a lo largo del eje Z. Entonces, el valor de CTE debe ser lo más bajo posible a lo largo de este eje. Debes tratar de mantenerlo por debajo de 70 ppm por elC. El CTE aumentará cuando el material exceda Tg.
Además de esto, También puede localizar la Tg de material utilizando CTE. Todo lo que necesitas para trazar una curva de temperatura versus desplazamiento.
Conductividad térmica
Esta propiedad se ocupa de la conducción del calor.. Puede representar el valor de conductividad térmica usando k. La baja conductividad térmica muestra baja transferencia de calor y viceversa.. Puede medir la conductividad térmica de un material en vatios por metro ºC.
La mayoría de los materiales de sustrato de PCB vienen con conductividad térmica entre 0.3 y 0.6 W / M-ºC. Esta conductividad térmica es bastante más baja en comparación con el cobre.. La k del cobre es aproximadamente 386 W / M-ºC. Por lo tanto, las capas planas de cobre eliminarán más calor en comparación con el material dieléctrico en una placa de circuito.
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Propiedades electricas
Permitividad relativa de la constante dieléctrica (Dk o Er)
Es muy importante tener en cuenta la constante dieléctrica del material para verificar las consideraciones de impedancia y la integridad de la señal.. Ambos son factores notables del rendimiento eléctrico de alta frecuencia.. El rango de Er es entre 2.5 y 4.5 en la mayoría del material de sustrato de PCB.
El valor de la constante dieléctrica depende de la frecuencia.. Cuando la frecuencia aumenta, su valor disminuirá. Más, Este cambio depende aún más del tipo de material. El material más apropiado para aplicaciones de alta frecuencia en las que la constante dieléctrica permanece casi igual para un amplio rango de frecuencias..
Factor de disipación o tangente de pérdida dieléctrica (Df Tan δ)
La tangente de pérdida de material proporciona una medida de la potencia perdida debido al material.. Si la tangente de pérdida es menor en un material, resultará en menos pérdida de potencia. El rango de Tan δ en la mayoría de los materiales de la placa de circuito es 0.02. Además, el valor de Tan δ puede ser 0.001 para material de baja pérdida y alta gama. El valor de Tan δ aumenta cuando aumenta la frecuencia.
Aunque la tangente de pérdida no tiene una importancia significativa para los circuitos digitales, Tiene importancia para alta frecuencia por encima de 1Ghz. Más, la tangente de pérdida es muy esencial para las señales analógicas porque ayuda a encontrar el grado de disminución de la señal.
Resistividad de volumen
Los fabricantes se refieren a la resistividad de volumen como resistividad eléctrica. Ayuda a medir el aislamiento o la resistencia eléctrica del material.. Si la resistividad del material es alta, habrá menos movimiento de carga eléctrica en el circuito. La unidad internacional de resistividad del sistema es Ω-m.
Los aisladores dieléctricos vienen con un alto valor de resistividad.. El rango de resistividad puede ser de 10⁶ a 10¹⁰ Mega ohm-centímetros. La humedad y la temperatura afectan la resistividad.
Resistividad de superficie – ρS
La resistividad superficial o ρS incluye resistencia eléctrica o de aislamiento del material de las placas de circuito. También debe tener un valor muy alto de resistividad superficial similar a la resistividad de volumen. Por lo tanto, El valor de la resistividad de la superficie debe estar entre 10⁶ y 10¹⁰ Megaohms por cuadrado.
Fuerza eléctrica
Esta propiedad ayuda a medir la capacidad de resistencia del material de la placa de circuito. Significa cuánto es un material capaz de resistir la ruptura eléctrica a lo largo del eje Z. La unidad internacional del sistema para medir la resistencia eléctrica es Voltios / mil.. La mayoría de los materiales dieléctricos tienen un valor de resistencia eléctrica de 800 a 1500 Voltios / mil.
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Propiedades químicas
Especificaciones de inflamabilidad - UL94
Es un estándar de inflamabilidad de plásticos para clasificar el plástico desde el retardante de llama más bajo al más alto.. Por lo tanto, es muy útil para la prueba de aparatos de material plástico. Underwriters Laboratories (UL) define este estándar. Estos son algunos requisitos esenciales de esta norma.:
- Las muestras con combustión en llamas no quemarán un máximo de 10 segundos después de las aplicaciones de la llama de prueba.
- El tiempo total de combustión no será mayor que 50 segundos. Esta vez es para las diez aplicaciones de llamas para el conjunto de cinco especímenes..
- Las muestras no se quemarán hasta la pinza de sujeción con una combustión brillante.
- Más, no goteará elementos en llamas que enciendan el algodón quirúrgico seco y esponjoso. El algodón existe 300 mm debajo de las muestras de prueba.
- Después de la 2Dakota del Norteeliminación de la llama de prueba, Es posible que las muestras no tengan una combustión brillante que permanezca 20 segundos.
Absorción de humedad
Es una capacidad de resistencia al agua de un material de placa de circuito. Puede notar el incremento porcentual en el peso de una placa de circuito después de absorber agua. Más lejos, puedes calcular este porcentaje usando diferentes métodos de prueba. La mayoría del material puede absorber agua entre 0.01% y 0.20%.
La absorción de humedad puede afectar las diferentes propiedades del material de la placa de circuito.. Por ejemplo, Puede afectar las propiedades eléctricas y térmicas del material.. Más, afecta la capacidad de resistir el filamento del ánodo conductor cuando se enciende en la placa de circuito.
Resistencia al cloruro de metileno
Ayuda a medir la capacidad de resistencia química de la placa. Especialmente, puede verificar la capacidad de resistencia de una placa contra la absorción de cloruro de metileno.
Puedes denotar su valor en porcentaje. Notará el incremento de peso después de absorber el cloruro de metileno.. Esto sucede bajo condiciones controladas.. La mayoría del material de sustrato de PCB tiene capacidad de resistencia entre 0.01% a 0.20% similar a la absorción de humedad.
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Propiedades mecánicas
Resistencia al pelado
Denota la fuerza de unión entre el material dieléctrico y el conductor de cobre.. La unidad para expresar la resistencia al desprendimiento es libras de fuerza por pulgada lineal. Puedes denotarlo como PLI.
Las pruebas de resistencia al desprendimiento dependen del grosor del sustrato de la PCB. Por ejemplo, necesitas rastros de cobre de 1 OZ de espesor para fines de prueba. Además, necesitas 32 a 124 trazas de cobre de mm de ancho después del proceso de fabricación de placas de circuito estándar. Puede completar este proceso bajo tres condiciones:
- Estrés termal: Después de flotar la muestra en la soldadura durante 10 segundos a 288 ºC.
- Temperatura elevada: Después de exponer la muestra al fluido a 125 ºC. O, puedes exponer eso al aire caliente.
- Exposición a productos químicos de proceso: Después de exponer la muestra a una serie de procesos químicos y térmicos..
Fuerza flexible
Muestra la capacidad de un material para soportar tensiones mecánicas sin romperse.. Puede expresar su valor en Kg / metro cuadrado o en libra / pulgada cuadrada.
El mecanismo de prueba de resistencia a la flexión es muy simple. Puede realizarlo apoyando una placa en su extremo y cargando su centro. El estándar para placas rígidas y multicapa es IPC-4101.
El módulo de Young
Módulo de tracción es otro término para este módulo. Denota la resistencia del material en la placa de circuito. Este módulo mide la relación de tensión y tensión en una dirección específica.. Algunos fabricantes miden la resistencia utilizando este módulo en lugar de la resistencia a la flexión. Puede expresar su valor en vigor por unidad de área.
Densidad
Puede medir la densidad de una placa de circuito en gramos por centímetro cúbico. Más, algunos fabricantes muestran su valor en libras / pulgada cúbica.
Tiempo de delaminación
Este factor muestra el tiempo de resistencia de una placa de circuito contra la delaminación. La delaminación puede ocurrir debido a un choque térmico., humedad, o Tg incorrecta en el material. Además de esto, puede ocurrir debido a un pobre proceso de laminación.
¿Cuál es la mejor manera de seleccionar materiales de sustrato de PCB para su PCB??
Hay muchos tipos de sustrato de PCB disponibles en el mercado. Estos tipos varían en el grosor y la resistencia del sustrato de PCB. Por lo tanto, es muy difícil encontrar el sustrato de mejor calidad para sus placas de circuito. Más lejos, se convierte en un dolor de cabeza encontrar incluso un sustrato adecuado sin suficiente conocimiento.
No es un gran problema para usted seleccionar los tipos de sustrato de PCB apropiados para su necesidad. Porque ya has aprendido los criterios completos para seleccionar el sustrato. Debes considerar:
- Propiedades termales
- Propiedades electricas
- Propiedades químicas
- Propiedades mecánicas
Si está familiarizado con estas propiedades., puede elegir un sustrato de alta calidad para sus placas de circuito. Más, También debe considerar el grosor del sustrato de PCB para su placa.
Además de las propiedades del sustrato., También debe considerar algunas características importantes del sustrato. Aquí hay algunas características importantes a continuación.:
| Material de PCB | Uso típico | DK | Tg (elC) | Tipo de placa recomendada |
| FR-4 | Sustrato, Laminado | 4.2 a 4.8 | 135 | Estándar |
| CEM-1 | Sustrato, Laminado | 4.5 a 5.4 | 150 – 210 | Alta densidad |
| RF-35 | Sustrato | 3.5 | 130 | Alta densidad |
| Teflón | Laminado | 2.5 a 2.8 | 160 | Microonda, Alto Voltaje, Alta frecuencia |
| Poliimida | Sustrato | 3.8 | >= 250 | Alto Voltaje, Microonda, Alta frecuencia |
| PTFE | Sustrato | 2.1 | 240 a 280 | Microonda, Alto Voltaje, Alta frecuencia |
Tipos de material de sustrato de PCB
Las placas de circuito vienen con el 2 capas de material, es decir. capa superior e inferior. La capa superior es muy importante para muchos propósitos, como las reacciones.. Más, el diseño de la placa de circuito depende de esa película.
similar, la capa inferior tiene una buena contribución al diseño. El mercado estimado del sustrato es casi 51 millones de cuadrados en todo el mundo. Las empresas usan diferentes tipos de sustrato de PCB.
La mayoría de los fabricantes mezclan este material con epoxi.. sin embargo, otros lo mezclan con la mezcla BT. La mayoría de las empresas utilizan diferentes capas alternativas del material dieléctrico.. Lo usan con o sin fortalecimiento.
Aquí hay algunos tipos básicos de sustrato de PCB:
El vidrio no tejido
Abarca una difusión de microfibras de vidrio en el sustrato.. Son muy buenos en frecuencias más altas. sin embargo, el factor de dispersión en el vidrio no tejido no es digno.
Vidrio tejido
Es otro de los tipos de sustrato de PCB populares.. La tela de vidrio tejido es el componente básico de este sustrato.. sin embargo, no es bueno debido a su pobre estabilidad térmica y mecánica.
Lleno
Viene con un rango particular de constante dieléctrica. Algún otro material como la cerámica aumenta su constante dieléctrica..
Hay diferentes formas de seleccionar un sustrato para su tablero. La forma más importante es obtener ayuda del competente equipo de ingenieros de fabricantes..
Además, puedes clasificar el sustrato en 4 diferentes categorías de la siguiente manera:
Tablero duro / rígido
Los fabricantes lo usan para mantener la forma de una placa de circuito a la longitud. Son placas de circuito a base de cerámica.. Evita que las placas de circuito se doblen o alcancen otras formas.
Tableros suaves / flexibles
Por su flexibilidad, se puede usar en muchos proyectos. Puedes transformarlos en cualquier objeto o forma. Los fabricantes usan este tipo cuando los objetos necesitan doblarse. Por lo tanto, las tablas flexibles son opciones perfectas en tal situación.
PCB rígidos flexibles
Para diferentes situaciones, empresas combinan tableros flexibles y rígidos para hacer PCB flexibles y rígidos. Contienen múltiples capas como poliimida. El uso principal de tableros rígidos flexibles es en aplicaciones aeroespaciales y militares.. Más lejos, puedes usarlos en diferentes equipos médicos.
FR-4
Es el sustrato más asequible y común hoy en día que es un laminado epoxi de fibra de vidrio.. FR es una forma corta de ignífugo y un aislante increíble. El material contiene una buena cantidad de bromuro, que es un halógeno no reactivo..
Tecnología MOKO: el mejor lugar para sustratos de alta calidad
Después de leer este artículo detallado, ahora está familiarizado con los requisitos de una PCB. similar, sabes qué factores debes considerar antes de elegir un sustrato. Esta información es muy útil para elegir material de sustrato de PCB de alta calidad para sus productos. El sustrato de mejor calidad le proporcionará efectos de alta calidad y duraderos..
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