Diferentes tipos de material de substrato PCB para o seu projeto

A primeira e mais importante é escolher o material de substrato PCB certo para a fabricação de PCB. Os fabricantes usam muitos tipos de materiais de substrato que variam em propriedades. Este artigo orienta como escolher o material de substrato PCB certo para o seu projeto. Mais, você aprenderá sobre diferentes tipos de substratos de PCB.

Substratos para PCB: Todas as principais propriedades do material dielétrico

Este material permite uma quantidade mínima de eletricidade do circuito. Porque existe uma camada isolante entre duas camadas condutoras. Por exemplo, FR-4 é o tipo mais comum de material dielétrico substancial. Você deve considerar suas propriedades antes de escolher para sua placa de circuito.

Aqui está o 4 propriedades mais importantes do material dielétrico:

1. Propriedades térmicas

Vamos considerar as propriedades térmicas do material do substrato:

Temperatura de transição do vidro

Faixa de temperatura na qual um estado vítreo ou rígido do substrato da PCB se torna um estado amolecido ou deformável. As propriedades do material retornam seus estados originais após o resfriamento. Você pode expressar essa faixa de temperatura na unidade Tg. E, você precisa medir essa temperatura em graus Celsius.

Temperatura de decomposição

Td é uma expressão usada para a temperatura de decomposição. É um método de decomposição química em que o material pode perder até 5% da massa. A unidade de medição de Td é ^oC.

Neste processo, propriedades ou não reversíveis. Quando um material de substrato atinge sua temperatura de decomposição, ocorre uma alteração nas propriedades do material. Após essa mudança, as propriedades dos materiais não são reversíveis. Por outro lado, propriedades são reversíveis na temperatura de transição vítrea.

Você deve escolher um material de substrato para o qual a faixa de temperatura deve ser menor que Td e maior que Tg. Portanto, a faixa de temperatura pode estar entre 200 e 250 ^oC. Portanto, tente fazer Td maior que isso.

Coeficiente de expansão térmica

O CTE mostra a taxa na qual um material PCB se expande após o aquecimento. Você pode expressar CTE em partes / milhão. Quando a temperatura do material sobe além de Tg, o CTE também começa a subir. A maioria dos substratos possui CTE maior que o cobre. Isso pode resultar em problemas de interconexão quando a temperatura do PCB aumenta.

O CTE é baixo comparativamente ao longo dos eixos X e Y. O intervalo de CTE está entre 10 e 20 ppm por ^oC ao longo destes eixos. Isso acontece por causa do vidro tecido. Por causa dessa restrição, o material nesses eixos. Como um resultado, nenhuma mudança significativa ocorre no CTE quando a temperatura ultrapassa Tg.

Devido ao vidro tecido, o material se expande ao longo do eixo Z. Portanto, o valor de CTE deve ser o mais baixo possível ao longo deste eixo. Você deve tentar mantê-lo menor que 70 ppm por ^oC. O CTE aumentará quando o material exceder Tg.

Além disso, você também pode localizar a Tg de material usando CTE. Tudo o que você precisa para traçar uma curva de temperatura versus deslocamento.

Condutividade térmica

Esta propriedade lida com a condução de calor. Você pode representar o valor da condutividade térmica usando k. Baixa condutividade térmica mostra baixa transferência de calor e vice-versa. Você pode medir a condutividade térmica de um material em watts por metro ºC.

A maioria dos materiais de substrato para PCB vem com condutividade térmica entre 0.3 e 0.6 W / M-ºC. Essa condutividade térmica é bem menor quando comparada ao cobre. O k de cobre é de cerca de 386 W / M-ºC. Portanto, as camadas planas de cobre retiram mais calor em comparação com o material dielétrico em uma placa de circuito.

2. Propriedades elétricas

Permissividade relativa da constante dielétrica (Dk ou Er)

É muito importante considerar a constante dielétrica do material para verificar considerações de impedância e integridade do sinal. Ambos são fatores notáveis ​​do desempenho elétrico de alta frequência. O intervalo de Er está entre 2.5 e 4.5 na maioria dos materiais de substrato PCB.

O valor da constante dielétrica depende da frequência. Quando a frequência aumenta, seu valor diminuirá. Mais, essa alteração depende ainda do tipo de material. O material mais apropriado para aplicações de alta frequência em que a constante dielétrica permanece quase a mesma para uma ampla faixa de frequência.

Fator de Dissipação ou Tangente de Perda Dielétrica (Df Tan δ)

A tangente de perda de material fornece uma medida da potência perdida devido ao material. Se a tangente de perda for menor em um material, isso resultará em menos perda de energia. A faixa de Tan δ na maioria dos materiais de placas de circuito é 0.02. Além de, o valor de Tan δ pode ser 0.001 para material de baixa perda e high-end. O valor de Tan δ aumenta quando a frequência aumenta.

Embora a tangente de perda não tenha importância significativa para os circuitos digitais, tem importância para alta frequência acima de 1Ghz. Mais, A tangente de perda é muito essencial para sinais analógicos, pois ajuda a encontrar o grau de diminuição do sinal.

Resistividade volumétrica

Os fabricantes referem-se à resistividade do volume como resistividade elétrica. Ajuda na medição do isolamento ou resistência elétrica do material. Se a resistividade do material for alta, haverá menos movimento de carga elétrica no circuito. A unidade internacional de resistividade do sistema é Ω-m.

Os isoladores dielétricos vêm com um valor muito alto de resistividade. A faixa de resistividade pode variar de 10⁶ a 10¹⁰ Mega ohm-centímetros. A umidade e a temperatura afetam a resistividade.

Resistividade superficial – ρS

A resistividade de superfície ou ρS inclui resistência elétrica ou de isolamento do material de uma placa de circuito. Ele também precisa ter um valor muito alto de resistividade de superfície semelhante à resistividade de volume. Portanto, o valor da resistividade da superfície deve estar entre 10⁶ e 10¹⁰ Megaohms por quadrado.

Força elétrica

Essa propriedade ajuda a medir a capacidade de resistência do material da placa de circuito. Significa quanto é um material capaz de resistir à falha elétrica ao longo do eixo Z. A unidade internacional do sistema para medir a força elétrica é Volts / mil. A maioria dos materiais dielétricos possui valor de força elétrica de 800 para 1500 Volts/mil.

3. Propriedades quimicas

Especificações de inflamabilidade - UL94

É um padrão de inflamabilidade do plástico para classificar o plástico do menor retardador de chama para o mais alto. Portanto, é muito útil para testar aparelhos de material plástico. Underwriters Laboratories (UL) define esse padrão. Aqui estão alguns requisitos essenciais deste padrão:

1. As amostras com combustão flamejante não queimam no máximo 10 segundos após os aplicativos da chama de teste.
2. O tempo total de combustão não será maior que 50 segundos. Desta vez, são os dez aplicativos de chama para o conjunto de cinco amostras.

• As amostras não queimam até o grampo de retenção com combustão incandescente.

1. Mais, não pingará elementos flamejantes que acendem o algodão cirúrgico esponjoso seco. O algodão existe 300 mm abaixo das amostras de teste.
2. Depois de 2^ndremoção da chama de teste, os espécimes podem não ter combustão brilhante que permanece sobre 20 segundos.

Absorção de umidade

É uma capacidade de resistência à água de um material da placa de circuito. Você pode notar o aumento percentual no peso de uma placa de circuito depois de absorver água. Mais longe, você pode calcular essa porcentagem usando diferentes métodos de teste. A maioria do material pode absorver água entre 0.01% e 0.20%.

A absorção de umidade pode afetar diferentes propriedades do material da placa de circuito. Por exemplo, isso pode afetar as propriedades elétricas e térmicas do material. Mais, afeta a capacidade de resistir ao filamento anódico condutor quando ligado à placa de circuito.

Resistência ao cloreto de metileno

Ajuda a medir a capacidade de resistência química da placa. Especialmente, você pode verificar a capacidade de resistência de uma placa contra a absorção de cloreto de metileno.

Você pode indicar seu valor em porcentagem. Você notará o aumento de peso após a absorção do cloreto de metileno. Isso acontece sob condições controladas. A maioria do material do substrato PCB possui capacidade de resistência entre 0.01% para 0.20% semelhante à absorção de umidade.

4. Propriedades mecânicas

Casca-grossa

Denota a resistência de união entre o material dielétrico e o condutor de cobre. A unidade para expressar a força de remoção é libras de força por polegada linear. Você pode denotá-lo como PLI.

Os testes de resistência ao descasque dependem da espessura do substrato da PCB. Por exemplo, você precisa de vestígios de cobre 1 OZ de espessura para fins de teste. Além de, você precisa 32 para 124 traços de cobre com largura de mm após o processo de fabricação padrão da placa de circuito. Você pode concluir esse processo sob três condições:

• Estresse térmico: Após flutuar a amostra na solda por 10s a 288 ºC.
• Temperatura elevada: Depois de expor a amostra ao fluido em 125 ºC. Ou, você pode expor isso ao ar quente.
• Exposição a produtos químicos de processo: Depois de expor a amostra a uma série de processos químicos e térmicos.

Força Flexural

Mostra a capacidade de um material de suportar tensões mecânicas sem quebrar. Você pode expressar seu valor em Kg / metro quadrado ou libra / polegada quadrada.

O mecanismo de teste de resistência à flexão é muito simples. Você pode executá-lo apoiando uma placa no final e carregando seu centro. O padrão para placas rígidas e multicamadas é IPC-4101.

Módulo de Young

Módulo de tração é outro termo para este módulo. Denota a força do material na placa de circuito. Este módulo mede a proporção de tensão e tensão em uma direção especificada. Alguns fabricantes medem a força usando este módulo em vez da resistência à flexão. Você pode expressar seu valor em vigor por unidade de área.

Densidade

Você pode medir a densidade de uma placa de circuito em gramas por centímetro cúbico. Mais, alguns fabricantes mostram seu valor em libras / polegada cúbica.

Hora da delaminação

Esse fator mostra o tempo de resistência de uma placa de circuito contra a delaminação. A delaminação pode ocorrer devido a choque térmico, umidade, ou Tg errado no material. Além disso, isso pode ocorrer devido a um mau processo de laminação.

Qual é a melhor maneira de selecionar materiais de substrato PCB para o seu PCB?

Existem muitos tipos de substratos de PCB disponíveis no mercado. Esses tipos variam na espessura e resistência do substrato da PCB. Portanto, é muito desafiador encontrar o substrato da melhor qualidade para as suas placas de circuito. Mais longe, torna-se uma dor de cabeça encontrar até um substrato adequado sem conhecimento suficiente.

Não é grande coisa para você selecionar os tipos de substrato de PCB apropriados para sua necessidade. Porque você já aprendeu os critérios completos para selecionar substrato. Você deve considerar:

• Propriedades térmicas
• Propriedades elétricas
• Propriedades quimicas
• Propriedades mecânicas

Se você estiver familiarizado com essas propriedades, você pode escolher um substrato de alta qualidade para suas placas de circuito. Mais, você também deve considerar a espessura do substrato PCB para sua placa.

Além das propriedades do substrato, você também deve considerar algumas características importantes do substrato. Aqui estão algumas características importantes abaixo:

Tipos de material de substrato para PCB

As placas de circuito vêm com o 2 camadas de material, isto é. camada superior e inferior. A camada superior é muito importante para muitos propósitos, como reações. Mais, design da placa de circuito depende desse filme.

similarmente, a camada inferior tem uma boa contribuição para fins de design. O mercado estimado de substratos é quase 51 milhões de quadrados em todo o mundo. As empresas usam diferentes tipos de substratos de PCB.

A maioria dos fabricantes mistura esse material com epóxi. Contudo, outros a misturam com a mistura BT. A maioria das empresas utiliza diferentes camadas alternativas do material dielétrico. Eles usam com ou sem reforço.

Aqui estão alguns tipos básicos de substrato PCB:

O vidro não tecido

Abrange uma difusão de microfibras de vidro no substrato. Eles são muito bons em frequências mais altas. Contudo, o fator de dispersão no vidro não tecido não é digno.

Vidro tecido

É outro dos tipos populares de substrato PCB. Tecido de vidro é o alicerce deste substrato. Contudo, não é bom devido à sua baixa estabilidade térmica e mecânica.

Preenchidas

Ele vem com uma faixa específica de constante dielétrica. Algum outro material, como a cerâmica, aumenta sua constante dielétrica.

Existem diferentes maneiras de selecionar um substrato para sua placa. A maneira mais importante é obter ajuda da equipe de engenharia competente dos fabricantes.

Além de, você pode categorizar o substrato em 4 categorias diferentes da seguinte forma:

Placa Rígida / Rígida

Os fabricantes o utilizam para manter a forma de uma placa de circuito no comprimento. São placas de circuito à base de cerâmica. Evita que as placas de circuito dobrem ou obtenham outras formas.

Placas macias / flexíveis

Devido à sua flexibilidade, pode-se usá-lo em muitos projetos. Você pode transformá-los em qualquer objeto ou forma. Os fabricantes usam esse tipo quando os objetos precisam dobrar. Portanto, as placas flexíveis são opções perfeitas em tal situação.

PCBs flexíveis

Para diferentes situações, empresas combinam placas flexíveis e rígidas para fazer PCBs flexíveis. Eles contêm várias camadas, como poliimida. O principal uso de placas flexíveis é em aplicações aeroespaciais e militares. Mais longe, você pode usá-los em diferentes equipamentos médicos.

FR-4

Hoje em dia, é o substrato mais acessível e comum que é um laminado de fibra de vidro-epóxi. FR é uma forma curta de retardante de fogo e um isolante incrível. O material contém uma boa quantidade de brometo, que é um halogênio não reativo.

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Depois de ler este artigo detalhado, agora você está familiarizado com os requisitos de um PCB. similarmente, você sabe quais fatores deve considerar antes de escolher um substrato. Essas informações são muito úteis para escolher material de substrato PCB de alta qualidade para seus produtos. O substrato de melhor qualidade oferece efeitos de alta qualidade e duradouros.

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