Una guida completa al PCB prepreg

Prepreg, abbreviazione di fibre composite preimpregnate, è un materiale essenziale nella produzione di circuito stampato multistratoS. però, è spesso trascurato rispetto a quello più visibile Componenti PCB come tracce di rame e maschera di saldatura. Questo articolo solleverà il velo su questa parte vitale della costruzione di pannelli multistrato. Esploreremo cos'è il prepreg, com'è fatto, principali proprietà dei materiali, tipi comuni, considerazioni sullo spessore, e altro ancora. Continua a leggere per comprendere meglio il preimpregnato PCB!

Cos'è il prepreg nei PCB?

Il preimpregnato è costituito da un sottile tessuto in fibra di vetro preimpregnato con un sistema di resina epossidica appositamente formulato. La resina è parzialmente polimerizzata per formare un adesivo, materiale in fogli solidi chiamato preimpregnato dello stadio B. Ciò consente alla resina di fluire e legarsi durante la laminazione, senza essere completamente stagionato e solido. I fogli preimpregnati vengono impilati alternati a strati di foglio di rame. Il layup multistrato è laminato sotto calore e pressione, facendo sì che la resina preimpregnata scorra e unisca gli strati in un pannello laminato solido. Il prepreg fornisce eccellenti proprietà dielettriche e adesione tra gli strati del circuito. E perché il prepreg ha uno spessore preciso, consente PCB con distanze degli strati dielettrici strettamente controllate.

Come vengono realizzati i prepreg?

1. Selezione e preparazione del materiale di rinforzo: Il rinforzo è tipicamente un materassino o un tessuto in fibra di vetro intrecciata. Deve essere pulito e preparato per garantire una corretta adesione e impregnazione con resina.
2. Miscelazione del sistema di resina: Il sistema di resina è tipicamente costituito da una resina epossidica, agenti curativi, catalizzatori, ritardanti di fiamma, e altri additivi. Questi componenti vengono dosati e miscelati accuratamente.
3. Impregnazione del rinforzo: La miscela di resina viene utilizzata per impregnare il rinforzo in tessuto di vetro, tipicamente immergendo il tessuto nella resina o utilizzando un processo come il rivestimento hot melt. Ciò consente alla resina di penetrare completamente nella trama.
4. Indurimento parziale: Il materiale impregnato passa quindi attraverso una fase di polimerizzazione parziale, spesso utilizzando il calore. Questo mette in scena la resina, il che significa che non è completamente guarito ma è appiccicoso, stato solido.
5. Trattare: Il prepreg può subire trattamenti aggiuntivi come la pressatura per ottenere spessori costanti o l'aggiunta di pellicole protettive.
6. Confezione: Il preimpregnato è tipicamente stratificato tra pellicole o carte distaccanti, e può essere tagliato in fogli o rotoli. Questo protegge il materiale e lo rende più facile da maneggiare.
7. Magazzinaggio: I preimpregnati vengono conservati congelati o refrigerati per evitare un'ulteriore polimerizzazione prima dell'uso Fabbricazione PCB. Ciò mantiene la loro durata di conservazione.
8. Uso: Quando è pronto per la fabbricazione del PCB, gli strati preimpregnati vengono scongelati, laminato con lamine di rame, e completamente polimerizzato sotto calore e pressione.

Proprietà di materiali PCB preimpregnati

I materiali preimpregnati hanno diverse proprietà che ne determinano le prestazioni e l'applicabilità:

Sistema in resina – La formulazione epossidica controlla caratteristiche chiave come la resina Tg, costante/perdita dielettrica, stabilità termica, Assorbimento dell'umidità, e asse Z CTE. I sistemi popolari includono FR-4, alta Tg, e senza alogeni.

Tessuto in fibra di vetro – Standard 106 e 7628 gli stili di vetro forniscono il miglior equilibrio di proprietà. Le trame più strette migliorano le prestazioni di perforazione ma riducono il carico di resina.

Contenuto di resina – Tipicamente nel 45-55% allineare. Un contenuto di resina più elevato garantisce un migliore riempimento ma aumenta la costante dielettrica. Il basso contenuto di resina favorisce la perforazione.

Dimensioni e caricamento delle particelle di riempitivo – I riempitivi come la silice riducono il CTE ma aumentano la costante dielettrica e la perdita. Le particelle più grandi migliorano il flusso di laminazione mentre quelle più piccole riducono la ricaduta del riempitivo.

Drappeggio e imbastitura – Proprietà controllabili che determinano la gestione del preimpregnato e la registrazione da strato a strato.

Flusso/riempimento – La viscosità del fuso durante la laminazione influisce sulle prestazioni di riempimento, soprattutto nei lineamenti fini.

Tipi di PCB preimpregnati

• FR4 Prepreg

FR-4 è lo standard, materiale preimpregnato per uso generale utilizzato per la maggior parte della produzione di PCB. Impiega una resina epossidica bromurata rinforzata con fibra di vetro intrecciata che offre un buon equilibrio tra facilità di lavorazione, stabilità dimensionale, prestazioni termiche, proprietà dielettriche, e costo. Il preimpregnato FR-4 ha una temperatura di transizione vetrosa tipica compresa tra 130 e 140°C.

• Preimpregnato ad alta Tg

Il preimpregnato ad alta Tg utilizza sistemi specializzati di resina epossidica per raggiungere temperature di transizione vetrosa di 170°C o superiori, soddisfare le esigenze dei PCB ad alta affidabilità utilizzati nel settore aerospaziale, difesa, e altri ambienti estremi. Le resine altamente stabili termicamente resistono alla saldatura, ricottura, e altri processi fino a 230-290°C. I preimpregnati ad alta Tg forniscono prestazioni termiche e meccaniche migliorate ma a un costo più elevato rispetto allo standard FR-4.

• Preimpregnato senza alogeni

I preimpregnati senza alogeni utilizzano sistemi di resina che non contengono bromo o altri alogeni che possono generare sottoprodotti pericolosi quando bruciati. I sistemi di resina privi di alogeni più diffusi includono la bismaleimide triazina (BT) epossidico, estere cianato, e resina epossidica modificata. I preimpregnati privi di alogeni offrono vantaggi ambientali ma anche costi più elevati e lavorazioni più complesse rispetto allo standard FR-4.

• Preimpregnato ad alta velocità

Il preimpregnato ad alta velocità utilizza sistemi di resina ingegnerizzati per ottenere proprietà dielettriche stabili e basse perdite dielettriche per prestazioni affidabili ad alta frequenza. I comuni sistemi di resina includono polifenilene etere (DPI) mescole e fluoropolimeri che ottengono costanti dielettriche inferiori 3.5. Il preimpregnato ad alta velocità consente la progettazione di PCB per RF, microonde, velocità dati elevata, e altre applicazioni impegnative.

Come scegliere il giusto PCB Materiale preimpregnato?

Con così tante opzioni preimpregnate, è fondamentale abbinare le proprietà del materiale ai requisiti dell’applicazione:

Integrità del segnale – I preimpregnati a basso Dk e Df consentiranno segnali a velocità più elevata con perdita e dispersione ridotte. Assicurarsi che la tolleranza dell'impedenza rientri nelle specifiche.

Gestione termica – Se è necessaria un'elevata stabilità termica, scegli un preimpregnato con un sistema di resine ad alta Tg. Ciò consente un assemblaggio senza piombo e affidabilità in caso di cicli di temperatura.

Ambiente – I prepreg privi di alogeni prevengono le emissioni di sostanze pericolose come le diossine quando bruciati, ma costano più dell'FR-4 standard.

Impilare – Il preimpregnato più sottile consente tracce e via verticali più strette. Standard 106 il vetro funziona bene mentre è più stretto 7628 le trame possono aiutare con geometrie molto fini.

CTE – L'aggiunta di più strati sollecita la placcatura attraverso i fori, quindi il prepreg CTE inferiore aiuta a prevenire la rottura del cilindro. Ciò si bilancia con un aumento della costante dielettrica.

Costo – Mentre altri preimpregnati forniscono il massimo in termini di prestazioni, lo standard FR-4 sarà completamente adeguato per molte applicazioni a un costo inferiore.

Spessore del preimpregnato PCB e suo impatto

Gli spessori del preimpregnato variano tipicamente da 0.002 pollici (2 mil) fino a 0.025 pollici (25 mil). La tendenza è stata quella verso materiali più sottili per consentire linee e spazi più sottili, vie più piccole, e un controllo più stretto dell'impedenza. Alcuni impatti chiave dello spessore del preimpregnato:

I dielettrici più sottili consentono geometrie di instradamento più strette. 0.002"Il preimpregnato consente 2/2 linea/spazio rispetto a 4/4 con materiale da 0,004”..

I dielettrici più sottili riducono la perdita di segnale, ma l’affidabilità della microvia potrebbe diventare problematica al di sotto di 0,003”.

Standard 0,014"-0.020I preimpregnati funzionano bene per un ampio controllo dell'impedenza e l'isolamento ad alta tensione.

I preimpregnati più spessi superiori a 0,020” forniscono una maggiore tensione di rottura attraverso spazi più ampi. Consente un utilizzo parsimonioso degli strati intermedi più costosi.

In sintesi, lo spessore del preimpregnato esercita un compromesso tra i costi, geometrie progettuali, e prestazioni elettriche. Come sempre, scegliere lo spessore del preimpregnato appropriato per ciascuna applicazione specifica anziché arbitrariamente.

Conclusione

I materiali prepreg sono una parte complessa ma fondamentale del Progettazione PCB e processo di produzione. Come abbiamo esplorato, fattori come il tipo di resina, stile in fibra di vetro, ritardanti di fiamma, e altro ancora, tutti contribuiscono all'elettricità del prepreg, meccanico, e proprietà termiche. Anche se può sembrare un materiale nero opaco, La selezione intelligente del prepreg consente agli ingegneri di comporre stackup PCB per prestazioni ottimali.

La varietà di tipi di prepreg disponibili è vasta, quindi la collaborazione con partner di produzione esperti ha un valore inestimabile. MOKO Technology ha l'esperienza per guidare i clienti nella scelta del giusto preimpregnato per ottimizzare gli stackup. Contattaci oggi per attingere a maggiori conoscenze preimpregnate.