La première chose et avant tout est de choisir le bon matériau de substrat pour PCB pour la fabrication de PCB. Les fabricants utilisent de nombreux types de matériaux de substrat dont les propriétés varient. Cet article explique comment choisir le bon matériau de substrat PCB pour votre projet. Plus, vous découvrirez les différents types de substrats PCB.
Substrats PCB: Toutes les propriétés principales du matériau diélectrique
Ce matériau permet une quantité minimale d'électricité du circuit. Parce qu'il existe une couche isolante entre deux couches conductrices. Par exemple, FR-4 est le type de diélectrique substantiel le plus courant. Vous devez considérer ses propriétés avant de le choisir pour votre carte de circuit imprimé.
Voici les 4 propriétés les plus importantes du matériau diélectrique:
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Propriétés thermiques
Examinons les propriétés thermiques du matériau du substrat:
Température de transition vitreuse
Une plage de températures dans laquelle un état vitreux ou rigide du substrat PCB devient un état ramolli ou déformable. Les propriétés du matériau retrouvent leur état d'origine après refroidissement. Vous pouvez exprimer cette plage de température dans l'unité Tg. Et, vous devez mesurer cette température en degrés Celsius.
Température de décomposition
Td est une expression utilisée pour la température de décomposition. Il s'agit d'une méthode de décomposition chimique dans laquelle le matériau peut perdre jusqu'à 5% de la masse. L'unité de mesure de Td est leC.
Dans ce processus propriétés ou non réversibles. Lorsqu'un matériau de substrat atteint sa température de décomposition, il se produit un changement dans les propriétés du matériau. Après ce changement, les propriétés des matériaux ne sont pas réversibles. D'autre part, les propriétés sont réversibles à la température de transition vitreuse.
Vous devez choisir un matériau de substrat pour lequel la plage de température doit être inférieure à Td et supérieure à Tg. Ainsi, la plage de température peut être comprise entre 200 et 250 leC. Donc, essayez de faire Td plus élevé que cela.
Coefficient de dilatation thermique
Le CTE montre la vitesse à laquelle un matériau PCB se dilate après chauffage. Vous pouvez exprimer CTE en parties / million. Lorsque la température du matériau augmente à Tg, le CTE commence également à augmenter. La plupart des substrats sont livrés avec un CTE plus élevé que le cuivre. Cela peut entraîner des problèmes d'interconnexion lorsque la température des PCB augmente.
Le CTE est bas comparativement le long des axes X et Y. La plage de CTE est comprise entre 10 et 20 ppm par leC le long de ces axes. Cela arrive à cause du verre tressé. En raison de cette contrainte, le matériau dans ces axes. Par conséquent, aucun changement significatif ne se produit dans CTE lorsque la température dépasse Tg.
En raison du verre tissé, le matériau se dilate le long de l'axe Z. La valeur de CTE doit donc être aussi faible que possible le long de cet axe. Vous devriez essayer de le maintenir plus bas que 70 ppm par leC. Le CTE augmente lorsque le matériau dépasse la Tg.
De plus, vous pouvez également localiser la Tg du matériau en utilisant CTE. Tout ce dont vous avez besoin pour tracer une courbe de température en fonction du déplacement.
Conductivité thermique
Cette propriété traite de la conduction de la chaleur. Vous pouvez représenter la valeur de la conductivité thermique en utilisant k. Une faible conductivité thermique montre un faible transfert de chaleur et vice versa. Vous pouvez mesurer la conductivité thermique d'un matériau en watts par mètre ºC.
La majorité des matériaux de substrat PCB sont livrés avec une conductivité thermique entre 0.3 et 0.6 W / M-ºC. Cette conductivité thermique est assez inférieure à celle du cuivre. Le k de cuivre est d'environ 386 W / M-ºC. Ainsi, les couches planes en cuivre enlèveront plus de chaleur par rapport au matériau diélectrique dans une carte de circuit imprimé.
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Propriétés électriques
Permittivité relative de la constante diélectrique (Dk ou Er)
Il est très important de considérer la constante diélectrique du matériau pour vérifier les considérations d'impédance et l'intégrité du signal. Les deux sont des facteurs remarquables de performance électrique à haute fréquence. La plage de Er est comprise entre 2.5 et 4.5 dans la plupart des substrats PCB.
La valeur de la constante diélectrique dépend de la fréquence. Lorsque la fréquence augmente, sa valeur va diminuer. Plus, ce changement dépend en outre du type de matériau. Le matériau le plus approprié pour les applications à haute fréquence dans lesquelles la constante diélectrique reste presque la même pour une large gamme de fréquences.
Facteur de dissipation ou tangente de perte diélectrique (Df Tan δ)
La tangente de perte de matière fournit une mesure de la puissance perdue à cause de la matière. Si la tangente de perte est plus faible dans un matériau, cela entraînera moins de perte de puissance. La gamme de Tan δ dans la plupart des circuits imprimés est 0.02. outre, la valeur de Tan δ peut être 0.001 pour matériaux à faible perte et haut de gamme. La valeur de Tan δ augmente lorsque la fréquence augmente.
Bien que la tangente de perte n'ait pas d'importance significative pour les circuits numériques, il a une importance pour les hautes fréquences supérieures à 1 GHz. Plus, la tangente de perte est très essentielle pour les signaux analogiques car elle aide à trouver le degré de diminution du signal.
Résistivité volumique
Les fabricants appellent la résistivité volumique la résistivité électrique. Il aide à mesurer l'isolation ou la résistance électrique du matériau. Si la résistivité du matériau est élevée, il y aura moins de mouvement de charge électrique dans le circuit. L'unité internationale de résistivité du système est Ω-m.
Les isolateurs diélectriques ont une valeur de résistivité très élevée. La plage de résistivité peut aller de 10⁶ à 10¹⁰ méga-ohms-centimètres. L'humidité et la température affectent la résistivité.
Résistivité de surface – ρS
La résistivité de surface ou ρS inclut la résistance électrique ou d'isolation du matériau des cartes de circuits imprimés. Il doit également avoir une valeur de résistivité de surface très élevée similaire à la résistivité de volume. Donc, la valeur de la résistivité de surface doit être comprise entre 10⁶ et 10¹⁰ mégaohms par carré.
Force électrique
Cette propriété aide à mesurer la capacité de résistance du matériau de la carte de circuit imprimé. Cela signifie combien un matériau est capable de résister à une panne électrique le long de l'axe Z. L'unité internationale du système pour mesurer la résistance électrique est Volts / mil. La majorité des matériaux diélectriques ont une valeur de résistance électrique de 800 à 1500 Volts / mille.
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Propriétés chimiques
Spécifications d'inflammabilité - UL94
Il s'agit d'une norme d'inflammabilité des plastiques pour classer le plastique du plus bas ignifuge au plus élevé. Il est donc très utile pour les tests d'appareils en matière plastique. Laboratoires des assureurs (UL) définit cette norme. Voici quelques exigences essentielles de cette norme:
- Les échantillons à combustion enflammée ne brûleront pas un maximum de 10 quelques secondes après les applications de la flamme d'essai.
- Le temps de combustion total ne sera pas supérieur à 50 secondes. Cette fois, c'est pour les dix applications de flamme pour l'ensemble de cinq spécimens.
- Les échantillons ne brûleront pas jusqu'à la pince de maintien avec une combustion incandescente.
- Plus, il ne dégouttera pas les éléments enflammés qui allument le coton chirurgical spongieux sec. Le coton existe 300 mm en dessous des échantillons de test.
- Après le 2Dakota du Nordélimination de la flamme d'essai, les spécimens peuvent ne pas avoir une combustion brillante qui reste environ 20 secondes.
Absorption d'humidité
C'est une capacité de résistance à l'eau d'un matériau de carte de circuit imprimé. Vous pouvez remarquer l'augmentation en pourcentage du poids d'une carte de circuit imprimé après avoir absorbé de l'eau. Plus loin, vous pouvez calculer ce pourcentage en utilisant différentes méthodes de test. La majorité du matériau peut absorber l'eau entre 0.01% et 0.20%.
L'absorption d'humidité peut affecter différentes propriétés du matériau du circuit imprimé. Par exemple, il peut affecter les propriétés électriques et thermiques du matériau. Plus, il affecte la capacité de résister au filament d'anode conducteur lorsqu'il est alimenté sur la carte de circuit imprimé.
Résistance au chlorure de méthylène
Il aide à mesurer la capacité de résistance chimique de la carte. Surtout, vous pouvez vérifier la capacité de résistance d'une planche contre l'absorption de chlorure de méthylène.
Vous pouvez indiquer sa valeur en pourcentage. Vous remarquerez l'augmentation de poids après avoir absorbé du chlorure de méthylène. Cela se produit dans des conditions contrôlées. La majorité du matériau du substrat PCB a une capacité de résistance entre 0.01% à 0.20% similaire à l'absorption d'humidité.
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Propriétés mécaniques
Résistance au pelage
Il indique la force de liaison entre le matériau diélectrique et le conducteur en cuivre. L'unité pour exprimer la résistance au pelage est la livre de force par pouce linéaire. Vous pouvez le désigner comme PLI.
Les tests de résistance au pelage dépendent de l'épaisseur du substrat de PCB. Par exemple, vous avez besoin de traces de cuivre 1 OZ épais à des fins de test. outre, vous avez besoin 32 à 124 traces de cuivre de mm de large après le processus de fabrication de la carte de circuit imprimé standard. Vous pouvez terminer ce processus sous trois conditions:
- Stress thermique: Après avoir flotté l'échantillon sur la soudure pendant 10 secondes à 288 ºC.
- Température élevée: Après avoir exposé l'échantillon au fluide à 125 ºC. Ou, vous pouvez l'exposer à l'air chaud.
- Exposition aux produits chimiques de procédé: Après avoir exposé l'échantillon à une série de processus chimiques et thermiques.
Résistance à la flexion
Il montre la capacité d'un matériau à supporter des contraintes mécaniques sans se casser. Vous pouvez exprimer sa valeur en kg / mètre carré ou en livre / pouce carré.
Le mécanisme d'essai de résistance à la flexion est très simple. Vous pouvez l'exécuter en soutenant une planche à son extrémité et en chargeant son centre. La norme pour les cartes rigides et multicouches est IPC-4101.
Module d'Young
Le module de traction est un autre terme pour ce module. Il indique la résistance du matériau sur la carte de circuit imprimé. Ce module mesure la ration de contrainte et de déformation dans une direction spécifiée. Certains fabricants mesurent la résistance à l'aide de ce module plutôt que la résistance à la flexion. Vous pouvez exprimer sa valeur en vigueur par unité de surface.
Densité
Vous pouvez mesurer la densité d'une carte de circuit imprimé en grammes par centimètre cube. Plus, certains fabricants montrent leur valeur en livres / pouce cube.
Temps de délaminage
Ce facteur montre le temps de résistance d'une carte de circuit imprimé contre la délamination. Une délamination peut se produire en raison d'un choc thermique, humidité, ou mauvaise Tg dans le matériau. De plus, cela peut se produire en raison d'un mauvais processus de stratification.
Quelle est la meilleure façon de sélectionner les matériaux de substrat PCB pour votre PCB?
Il existe de nombreux types de substrats PCB disponibles sur le marché. Ces types varient dans l'épaisseur et la résistance du substrat PCB. Il est donc très difficile de trouver le meilleur substrat de qualité pour vos cartes de circuits imprimés. Plus loin, cela devient un casse-tête de trouver même un substrat approprié sans connaissances suffisantes.
Ce n'est pas un gros problème pour vous de sélectionner les types de substrats PCB appropriés à votre besoin. Parce que vous avez déjà appris les critères complets de sélection du substrat. Vous devez considérer:
- Propriétés thermiques
- Propriétés électriques
- Propriétés chimiques
- Propriétés mécaniques
Si vous connaissez ces propriétés, vous pouvez choisir un substrat de haute qualité pour vos circuits imprimés. Plus, vous devriez également considérer l'épaisseur du substrat PCB pour votre carte.
En plus des propriétés du substrat, vous devez également tenir compte de certaines caractéristiques importantes du substrat. Voici quelques caractéristiques importantes ci-dessous:
| Matériel PCB | Utilisation typique | DK | Tg (leC) | Type de carte recommandé |
| FR-4 | Substrat, Stratifié | 4.2 à 4.8 | 135 | la norme |
| CEM-1 | Substrat, Stratifié | 4.5 à 5.4 | 150 – 210 | Haute densité |
| RF-35 | Substrat | 3.5 | 130 | Haute densité |
| Téflon | Stratifié | 2.5 à 2.8 | 160 | Four micro onde, Haute puissance, Haute fréquence |
| Polyimide | Substrat | 3.8 | >= 250 | Haute puissance, Four micro onde, Haute fréquence |
| PTFE | Substrat | 2.1 | 240 à 280 | Four micro onde, Haute puissance, Haute fréquence |
Types de matériaux de substrat PCB
Les circuits imprimés sont livrés avec le 2 couches de matériau c'est-à-dire. couche supérieure et inférieure. La couche supérieure est très importante à de nombreuses fins telles que les réactions. Plus, la conception de la carte de circuit imprimé dépend de ce film.
De même, la couche inférieure a une bonne contribution à la conception. Le marché estimé des substrats est presque 51 millions de carrés dans le monde. Les entreprises utilisent différents types de substrats PCB.
La majorité des fabricants mélangent ce matériau avec de l'époxy. pourtant, d'autres le mélangent avec du mélange BT. La plupart des entreprises utilisent différentes couches alternatives du matériau diélectrique. Ils l'utilisent avec ou sans renforcement.
Voici quelques types de substrats PCB de base:
Le verre non tissé
Il englobe une diffusion de microfibres de verre dans le substrat. Ils sont très bons à des fréquences plus élevées. pourtant, le facteur de dispersion dans le verre non tissé n'est pas digne.
Verre tressé
C'est un autre des types de substrats PCB les plus populaires. Le tissu de verre tissé est la pierre angulaire de ce substrat. pourtant, il n'est pas bon en raison de sa mauvaise stabilité thermique et mécanique.
Rempli
Il est livré avec une gamme particulière de constante diélectrique. Certains autres matériaux tels que la céramique augmentent leur constante diélectrique.
Il existe différentes façons de sélectionner un substrat pour votre carte. Le moyen le plus important est de demander l'aide de l'équipe d'ingénieurs compétents des fabricants.
outre, vous pouvez classer le substrat en 4 différentes catégories comme suit:
Panneau dur / rigide
Les fabricants l'utilisent pour maintenir la forme d'une carte de circuit imprimé à la longueur. Ce sont des circuits imprimés à base de céramique. Il empêche les cartes de circuits imprimés de se plier ou d'atteindre d'autres formes.
Panneaux souples / flexibles
En raison de leur flexibilité, on peut l'utiliser dans de nombreux projets. Vous pouvez les transformer en n'importe quel objet ou forme. Les fabricants utilisent ce type lorsque les objets doivent se plier. Les planches flexibles sont donc des options parfaites dans une telle situation.
PCB Flex-Rigid
Pour différentes situations, les entreprises combinent à la fois des panneaux souples et rigides pour la fabrication PCB flex-rigides. Ils contiennent plusieurs couches comme le polyimide. Les panneaux flex-rigides sont principalement utilisés dans les applications aérospatiales et militaires. Plus loin, vous pouvez les utiliser dans différents équipements médicaux.
FR-4
C'est le substrat le plus abordable et le plus courant de nos jours qui est un stratifié fibre de verre-époxy. FR est une forme courte d'ignifuge et un isolant incroyable. Le matériau contient une bonne quantité de bromure qui est un halogène non réactif.
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Après avoir lu cet article détaillé, vous connaissez maintenant les exigences d'un PCB. De même, vous savez quels facteurs vous devez considérer avant de choisir un substrat. Ces informations sont très utiles pour choisir un matériau de substrat PCB de haute qualité pour vos produits. Le substrat de la meilleure qualité vous donnera des effets de haute qualité et durables.
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