PCB poliimidowe vs. Płytka FR4: Co za różnica?

PCB poliimidowe i Płytka FR4 to dwa z najczęściej używanych typów PCB. Chociaż oba są podłożami polimerowymi dobrze nadającymi się do płytek PCB, Poliimid i FR4 mają swoje własne, odrębne cechy, które czynią je bardziej odpowiednimi do określonych zastosowań w porównaniu z innymi. Przewodność cieplna uległaby zmniejszeniu, gdyby istniało wiele warstw wewnętrznych i na odwrót, wyjaśniamy ich kluczowe różnice i zapewniamy wgląd w to, jak dokonać wyboru między nimi. Czytajmy dalej.

Różnice między płytką poliimidową a płytką FR4

1. Rodzaje miedzi

Większość płyt FR4 wykorzystuje elektroosadzane folie miedziane o strukturze pionowego ziarna zoptymalizowanej dla płyt sztywnych. W poliimidach częściej stosuje się walcowaną wyżarzaną miedź zaprojektowaną specjalnie tak, aby wytrzymywała wielokrotne zginanie bez zmęczenia metalu i pękania. Orientacja ziaren miedzi odpowiada również osi zginania, co zapewnia maksymalną trwałość.

2. Budowa

FR4 składa się z żywicy epoksydowej, warstwy tkanego włókna szklanego, i miedź. Liczba warstw włókna szklanego określa całkowitą grubość. Włókna są nasycane żywicą epoksydową, a następnie utwardzane warstwami miedzi pod wpływem ciepła i ciśnienia, tworząc sztywną płytę. W przeciwieństwie, Płyty poliimidowe zawierają wyłącznie polimer poliimidowy i miedź. Poliimid jest odlewany na folie miedziane w postaci płynnej, następnie całkowicie utwardzony do stanu stałego, stan elastyczny.

3. Zakresy grubości

Wzmocnienie włóknem szklanym ogranicza grubość FR4, jaką można wyprodukować. Typowe grubości wahają się od 2 mils do 125 mils. Bez włókna szklanego, poliimidy można wytwarzać w postaci cienkich warstw 1/2 mil do 3 mil grubości. Pozwala to na wyjątkowo cienkie, elastyczne konstrukcje idealne do zastosowań wymagających dynamicznego zginania.

4. Elastyczność

Płyty poliimidowe charakteryzują się dużą elastycznością, co czyni je odpowiednimi do zastosowań wymagających wielokrotnego zginania lub kształtowania w celu dopasowania do określonych przestrzeni. Ich wyjątkowa elastyczność pozwala na uzyskanie skomplikowanych geometrii niemożliwych do osiągnięcia w przypadku tradycyjnie sztywnych płyt FR4. Poprawiono mobilność, a instalacja wewnątrz produktów o ograniczonej przestrzeni staje się prostsza w porównaniu do FR4.

5. Absorpcja wilgoci

FR4 na bazie żywicy epoksydowej pochłania bardzo mało wilgoci z otoczenia, na około 0.2-0.5% całkowitej wagi. W przeciwieństwie, poliimid może wchłonąć do 2% wilgotność wagowo. Nie ma to wpływu na działanie obwodów poliimidowych, ale wchłoniętą wilgoć należy usunąć w procesie pieczenia przed montażem, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym szybką ekspansją pary i rozwarstwienie problemy podczas operacji lutowania.

6. Tolerancja ciepła

Poliimid ma znacznie wyższą maksymalną temperaturę roboczą niż FR4, przystosowane do pracy ciągłej w temperaturze do 300°C. Z biegiem czasu jest lepiej odporny na degradację cieplną. Oznacza to, że płyty poliimidowe wytrzymują długoterminowo w gorącym środowisku. Przewodność cieplna jest również dwukrotnie większa niż w przypadku standardowych płyt wzmocnionych włóknem szklanym.

Dalsza lektura: Kompleksowy przewodnik po przewodności cieplnej FR4

7. Odporność chemiczna

Oprócz wydajności cieplnej, Płyty poliimidowe zapewniają odporność na korozję i chemikalia lepszą niż FR4. Ich solidna matryca polimerowa chroni przed paliwami, obrazy olejne, rozpuszczalników przez znacznie dłuższe okresy czasu. Bez wrażliwych składników, takich jak włókna epoksydowe lub szklane, poliimid wytrzymuje bardziej stężone roztwory chemiczne bez degradacji.

8. Trwałość pod wpływem stresu

Odporność na wibracje i wytrzymałość na rozciąganie są znacznie wyższe w płytach poliimidowych. Elastyczność zapobiega pęknięciom na skutek wstrząsów fizycznych, które zagrażają integralności sztywnych płyt ze szkła epoksydowego. Poliimid lepiej utrzymuje niezawodność mechaniczną i elektryczną przez tysiące cykli zginania, a także ciągłe wibracje.

W poniższej tabeli wymieniono niektóre szczegółowe dane, aby wyraźniej porównać różnice między płytką PCB FR4 i płytką poliimidową:

Rodzaje PCB Nieruchomości	Płytka FR4	Poliamid PCB
Przewodność cieplna	0.25 W/mK	0.2 W/mK
Stała dielektryczna (w 1 GHz)	4.25-4.55	~3,4 do 3.8
Współczynnik rozpraszania (w 1 GHz)	0.016	0.003
Odporność na łuk	125 sek	143 sek
Środek ciężkości	1.8 – 1.9	1.3 do 1.4
Absorpcja wody	0.2-0.5%	1-2%
Wytrzymałość na rozciąganie	70-90 MPa	200-300 MPa
Temperatura przejściowa szkła (Tg)	130-140°C	>250°C

PCB poliimidowe i PCB FR4: Jak wybrać?

Wybór między płytką PCB FR4 a płytką poliimidową zależy przede wszystkim od zastosowania i jego specyficznych wymagań:

Lepszym wyborem będą płyty FR4:

• Zastosowania wrażliwe na koszty, gdzie nie jest wymagana wysoka trwałość. FR4 jest tańszą opcją.
• Obwody cyfrowe o niskiej częstotliwości, które nie generują dużo ciepła. FR4 wytrzymuje umiarkowane temperatury do około 100°C.
• Płyty sztywne do produktów, gdzie elastyczność nie jest wymagana. Wzmocnienie włóknem szklanym sprawia, że ​​płyty FR4 są stabilne wymiarowo, ale nie podatne na zginanie.

Preferowane byłyby płyty poliimidowe:

• Obwody elastyczne/sztywne, które muszą dynamicznie zginać się podczas użytkowania. Poliimidowa płytka drukowana ma wyjątkową trwałość przy zginaniu i odporność na zmęczenie.

Poznaj różnice między elastyczną i sztywną płytką drukowaną, Czytać "Sztywna elastyczna płytka PCB vs. Elastyczna płytka drukowana”

• Obwody analogowe wysokiej częstotliwości. Poliimid ma niższą stałą dielektryczną i niższą stratę, co zapewnia lepszą integralność sygnału.
• Elektronika w ekstremalnych warunkach narażona na wysokie temperatury przekraczające 150°C. Poliimid wytrzymuje temperaturę powyżej 250°C.
• Produkty z testami niezawodności, takimi jak wibracje, zaszokować, wilgotność, lub przedostawanie się kurzu. Płyty poliimidowe są bardziej wytrzymałe.
• Elektronika o znaczeniu krytycznym wymagająca najwyższej trwałości przy najmniejszym ryzyku awarii. Przemysł lotniczy i wojskowy preferują poliimidy.

W istocie, wybierz ekonomiczny FR4 do podstawowych zastosowań wzajemnych połączeń bez specjalnych wymagań, podczas gdy poliimidy spełniają ekstremalne wymagania wymagające maksymalnej odporności fizycznej i odporności na środowisko.

Ostatnie słowa

Ocena kontrastów między tymi dwoma materiałami pod kątem czynników takich jak tolerancja na ciepło, trwałość, i wytrzymałość mechaniczna mają kluczowe znaczenie przy określaniu optymalnego wyboru projektu elektronicznego w oparciu o jego szczególne wymagania i warunki pracy. Przemyślana analiza specyfikacji zastosowań wraz z odpowiednimi profilami właściwości Poliimidu i FR4 pozwala na świadome wezwanie materiałów, które uwzględniają unikalne cele i ograniczenia. Ze zrozumieniem związanych z tym kompromisów, inżynierowie mogą czuć się pewnie, określając Podłoże PCB które najlepiej zaspokoją ich potrzeby i będą działać zgodnie z zamierzeniami w docelowym urządzeniu lub systemie.