PCB medžiagų mokslas: kaip sustiprinti signalo vientisumą ir ilgaamžiškumą

Tinkamų PCB medžiagų pasirinkimas yra kritinis žingsnis užtikrinant optimalų grandinės našumą, ilgaamžiškumą ir gamintoją.Dizaineriai turi atidžiai įvertinti medžiagų savybes, tokias kaip dielektrinė konstanta, šilumos laidumas ir mechaninis atsparumas, kad atitiktų taikymo poreikius.Laminatų pasirinkimas daro įtaką elektros efektyvumui, signalo vientisumui ir šiluminiam stabilumui, todėl pagrįsti sprendimai yra būtini.Neturėdami tinkamo medžiagų pasirinkimo, greitaeigių grandinių gali nukentėti dėl signalo praradimo, o galios programos rizikuoja perkaiti.Šiame straipsnyje nagrinėjamos pagrindinės PCB medžiagų charakteristikos, įskaitant elektrines, šilumines ir mechanines savybes, kad būtų galima nurodyti dizainerius nurodant medžiagas, kurios padidina našumą, tuo pačiu užtikrinant suderinamumą su gamybos procesais.

Katalogas

Suprasti PCB medžiagų pasirinkimą

Ne kiekviena medžiaga tinka sąskaitai už PCB gamybą.Didelio masto gamyba priklauso nuo tam tikrų medžiagų rinkinių.Dizaineriai turi atitinkamai suderinti savo poreikius su tuo, ką gali suteikti gamyba.Neturint išsamių PCB medžiagų savybių žinių, gali būti priklausomi nuo gamintojų specifikacijos kūrimui, o tai gali pakenkti projektavimo autonomijai.

Kiekvienas PCB laminatas pasižymi skirtingomis fizinėmis savybėmis, darančiomis įtaką jo tinkamumui skirtingiems pritaikymams.Dizaineriai turėtų apgalvotai įvertinti tokius aspektus kaip aplinkos sąlygos ir komponentų tipai, kad pasirinktų tinkamas medžiagas.Gamintojams medžiagų savybės diktuoja būtinus apdorojimo veiksmus, kad būtų galima gaminti lentą ir surinkti.

Esminiai PCB medžiagų atributai

PCB medžiagos formuoja elektrinį efektyvumą, šiluminį atsparumą ir fizinį tvirtumą.Dizaineriai turėtų atkreipti dėmesį į elektrinius ir mechaninius požymius, kad užtikrintų ilgalaikį patikimumą, nes šie veiksniai dažnai susipina su žmogaus intuicija ir siekiais.

Medžiagos charakteristikos

- standartiniams FR4 laminatams:

- Dielektrinė konstanta

- Šilumos laidumas

- Šilumos išsiplėtimo koeficientas

- Drėgmės absorbcija

- tempimo stiprumas

- „Flexurure Modulus“

Alternatyvios medžiagos, tokios kaip PTFE, gali būti rodomi įvairūs skaičiai.

PCB laminatų elektrinės charakteristikos

Tai, kaip elektrinės savybės formuoja signalo perdavimą per PCB, daro įtaką signalo ištikimybei.Pagrindiniai elementai, į kuriuos reikia atsižvelgti, yra dielektrinė konstanta (DK) ir nuostolių liestinė (DF), kurie abu rodo pokyčius skirtinguose dažniuose.

Materialus turtas	Tipiškos FR4 vertės
Dielektrinė konstanta (DK)	Nuo 3,5 iki 4,8 (kinta atsižvelgiant į dažnį)
Nuostolių faktorius (DF)	~ 0,02 (kinta atsižvelgiant į dažnį)
Dielektrikas atlaiko įtampą	DC: ~ 1000 V/MIL, AC: ~ 500 V/MIL (kinta atsižvelgiant į dažnį)

Praktiniai aspektai:

- Padidėjęs DK gali sulėtinti signalo kelionę, kuri gali turėti įtakos našumui aukšto dažnio kontekste.

- Sumažintas DF gali sumažinti signalo susilpnėjimą, kuris tampa labai svarbus, kai reikia spręsti greitaeigių grandinių.

- Dielektrikos atlaikymo įtampa gali paveikti galios pritaikymą ir yra labai svarbus vengiant skilimo scenarijų.

- Nuosekliai patikrinkite vertes, rastas medžiagos duomenų lape, suderindami jas su jūsų konkrečiais dažnio reikalavimais.

Šilumos ir mechaninės charakteristikos

Šie požymiai daro įtaką grandinių lentų patikimumui, vario pėdsakų stabilumui ir litavimo sąnarių ištvermei.Tinkamų šiluminių ir mechaninių charakteristikų pasirinkimas padeda sumažinti problemų, kylančių dėl temperatūros svyravimų ir mechaninės įtakos, riziką.

Materialus turtas	Tipiškos FR4 vertės
Stiklo perėjimo temperatūra (TG)	~ 120 ° C (žemo tg laminatai) / ~ 170 ° C (Aukšto tg laminatai)
Plėtros koeficientas	Plokštumoje: ~ 10 ppm/° C, z ašis: ~ 70 PPM/° C.
Šilumos laidumas	~ 0,25 W/(m · k)
Skilimo temperatūra	~ 350 ° C.
Lenkimo jėga	450–500 svarų/Ssq.į.

Esminiai projektavimo veiksniai:

- Tg pasirinkimas: Pasirinkti aukšto Tg medžiagas, maždaug 170 ° C, patartina esant aukštesnei temperatūrai.

- CTE įtaka: Padidėjęs Z ašies CTE gali paskatinti atsiskyrimą ir litavimo sąnario skilimą, keliant didelius iššūkius.

- Šilumos valdymas: Dėl netinkamo šilumos laidumo gali sukelti per didelė šiluma energijos grandinėse, galintys paveikti našumą.

- Lydymo proceso temperatūra: Norint išvengti plokštės sutrikimo, naudinga skilimo temperatūra žymiai aukštesnė nei didžiausia litavimo temperatūra.

Lydymo kaukės charakteristikos ir atspindžiai

Lydmetalio kaukė vaidina subtilų, tačiau įtakingą vaidmenį signalo vientisumui, ypač pastebimam, kai susiduriama su aukšto dažnio scenarijais, tokiais kaip RF grandinės.Standartiniuose dizainuose jo poveikis gali būti nepastebimas, tačiau didėjant dažniams, jo svarba negalima nepastebėti.

Nuosavybė	Tipinė vertė
Dielektrinė konstanta (DK)	~ 3,5

Praktinės įžvalgos:

- Įprastuose elektroniniuose dizainuose minimalus litavimo kaukės storis paprastai daro nereikšmingą poveikį elektros veikimui.

- Pašalinus litavimo kaukę iš antenų aukšto dažnio PCB, gali sumažėti signalo praradimas- detalė, kuri gali būti labai svarbi norint optimizuoti našumą.

- Kai litavimo kaukės atributai kelia susirūpinimą, gauti išsamias medžiagų specifikacijas iš gamintojo gali paaiškinti galimą poveikį.

Nurodomi PCB medžiagų reikalavimai

Išsamiai aprašydami PCB medžiagų reikalavimus, o ne pavadindami tam tikrą prekės ženklą, dizaineriai turėtų išdėstyti krūvos ir medžiagos savybes, kad sklandžiai atitiktų gamybos metodus.

Medžiagos specifikacijų apibrėžimo veiksmai

- Pasirinkite tinkamą laminatą, atsižvelgdami į elektros požymius, šiluminį atsparumą ir mechaninį stiprumą, reikalingą projektui.

- Aiškiai apibūdinkite „StackUp“ matmenis, sutelkdami dėmesį į tokius aspektus kaip kiekvieno sluoksnio storis ir naudojamo vario svoris.

- Palengvinkite gaminamąjį, patikrindami medžiagų prieinamumą su pasirinktu gamintoju iš anksto.

- Inicijuokite diskusijas apie materialinius reikalavimus pradžioje su gamintojais, padėdami užkirsti kelią nenumatytoms pakeitimams vėlesniuose etapuose.

- dizainui, reikalaujančiam kontroliuojamos varžos, patikrinkite varžos specifikacijas;Gamintojai gali pasiūlyti patarimų dėl optimalaus pėdsakų pločio ir tarpo, kad atitiktų šiuos reikalavimus.