Elektronisches Design - Leiterplattendesign Auswahl des Leiterplattenmaterials

Die Therme, Das mechanische und elektrische Verhalten jeder Leiterplatte hängt von den Materialeigenschaften der Leiterplatte ab. PCB-Substrat, Leiter und KomponentenMaterialien. Unter diesen verschiedenen Materialien, PCB-Designer kann das Verhalten des Boards weitestgehend kontrollieren, indem die richtige Wahl getroffen wird. PCB-Substrat Material. Die Eigenschaften von Leiterplattenmaterialien, insbesondere Harze und Laminate, wird bestimmen, wie Ihr Leiterplatte reagiert auf mechanische, thermisch, und elektrische Reize.
Wenn Sie eine PCB-Substrat material, Welche Eigenschaften des Leiterplattenmaterials für Ihr Unternehmen am wichtigsten sind Leiterplatte? Die Antwort hängt von der Anwendung der Leiterplatte und die Umgebung, in der die Leiterplatte eingesetzt wird. Bei der Auswahl von Prepregs und Laminaten für die nächste Leiterplatte, Folgende wichtige Materialeigenschaften sollten für Ihre Anwendungsreferenz berücksichtigt werden.
Ihre Wahl des Substrats ist nicht mehr auf FR4 beschränkt, aber Sie sollten PCB-Laminat nicht leicht wählen. Sie sollten zunächst verstehen, wie sich unterschiedliche Materialeigenschaften auf Ihre Leiterplatte auswirken, und wählen Sie dann ein Laminat, das Ihre betrieblichen Anforderungen erfüllen kann. Hören Sie sich nicht nur die Marketingpräsentationen der Laminathersteller an; Nehmen Sie sich die Zeit, die Materialeigenschaften jedes Substrats zu verstehen und wie sie Ihre Leiterplatte beeinflussen.
Sie können einige Daten über die Leistung von Leiterplattenmaterialien im Internet finden, aber es ist am besten, den Hersteller zu konsultieren, speziell für spezielle Laminatmaterialien, weil kein Laminat genau gleich ist, und keine zwei sind genau gleich. Exotischere Materialien wie Keramik und Metallkern-Leiterplatten haben eine Reihe von einzigartigen Materialeigenschaften.
Die wichtigen PCB-Materialeigenschaften, die alle Designer verstehen sollten, sind in vier Bereiche unterteilt: elektrisch, strukturell, mechanisch, und thermische Eigenschaften.
Electrical properties
All important electrical properties that need to be considered in today's PCB-Substrat Materialien werden in der Dielektrizitätskonstante reflektiert.
Dielectric constant
This is the main electrical characteristic to be considered when the PCB is designed for the lamination of high-speed/Hochfrequenz-Leiterplatten. Die dielektrische Konstante ist eine komplexe Größe, es ist eine Funktion der Frequenz, die folgenden Formen der Dispersion in der PCB-Substrat:
Velocity dispersion: Because the dielectric constant is a function of frequency, Unterschiedliche Frequenzen werden unterschiedliche Verluste erfahren und sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten.
Verluststreuung: Die Dämpfung eines Signals ist auch eine Funktion der Frequenz. Das einfache Modell der chromatischen Dispersion zeigt an, dass der Verlust mit der Frequenz zunimmt, aber das ist nicht absolut korrekt. Es kann eine komplizierte Beziehung zwischen dem Verlust und dem Frequenzspektrum einiger Laminate geben.
Diese beiden Effekte tragen zum Verzerrungsgrad bei, den das Signal während der Ausbreitung erlebt. Für analoge Signale, die mit einer sehr engen Bandbreite oder einer einzigen Frequenz arbeiten, chromatische Dispersion spielt keine Rolle. Allerdings, Es ist extrem wichtig in digitalen Signalen und ist eine der wichtigsten Herausforderungen bei der Hochgeschwindigkeitsmodellierung digitaler Signale und bei der Zusammenschaltung Design.
Structural properties
The structure of the PCB and its substrate will also affect the mechanical, thermische und elektrische Eigenschaften der Platte. Diese Eigenschaften spiegeln sich hauptsächlich auf zwei Arten wider: das Glaswebverfahren und die Rauheit des Kupferleiters.
Glass weave style
The glass weave pattern will leave a gap on the PCB-Substrat, was mit dem Harzgehalt auf der Platine zusammenhängt. Das Volumenverhältnis von Glas und Imprägnierharz wird kombiniert, um die volumenmäßige dielektrische Konstante des Substrats zu bestimmen. Darüber hinaus, Die Lücken im Glaswebmuster erzeugen einen sogenannten Faserwebeffekt, bei der die entlang der Verbindungsleitung variierende Substratdielektrizitätskonstante eine Ablenkung verursacht, Resonanz, und Verlust. Diese Effekte werden sehr prominent bei Frequenzen von ~50GHz oder höher, die Radarsignale beeinflussen, Gigabit Ethernet und typische LWDSSErDes Kanalsignale.

Copper roughness
Although this is actually a structural feature of printed copper conductors, es trägt zur elektrischen Impedanz der Verbindung bei. Die Oberflächenrauheit des Leiters erhöht effektiv seinen Hauteffektwiderstand bei hohen Frequenzen, induktive Verluste durch induzierte Wirbelströme während der Signalausbreitung. Kupferätzungen, Kupferabscheidungsmethoden und die Oberfläche des Prepregs beeinflussen alle die Oberflächenrauheit bis zu einem gewissen Grad.
Thermal performance
When selecting the substrate material, Die thermischen Eigenschaften des PCB-Laminats und des Substrats müssen in zwei Gruppen unterteilt werden.
Thermal conductivity and specific heat
The heat required to increase the temperature of the board by one degree is quantified by the specific heat of the substrate, und die durch das Substrat pro Zeiteinheit übertragene Wärme wird durch die Wärmeleitfähigkeit quantifiziert. Die Eigenschaften dieser PCB-Materialien zusammen bestimmen die Endtemperatur der Leiterplatte wenn es während des Betriebs thermisches Gleichgewicht mit der Umgebung erreicht. Wenn Sie Ihre Leiterplatte in einer Umgebung, die Wärme schnell an einen großen Kühlkörper oder ein Chassis ableiten muss, Sie sollten ein Substrat mit höherer Wärmeleitfähigkeit verwenden.
Diese beiden PCB-Materialeigenschaften hängen auch zusammen. All materials have a certain coefficient of thermal expansion (CTE), was zufällig die Menge der Anisotropie in der PCB-Substrat (that is, the coefficient of expansion is different in different directions). Einmal die Temperatur der Leiterplatte exceeds the glass transition temperature (Tg), wird der CTE-Wert plötzlich steigen. Idealerweise, Der CTE-Wert sollte innerhalb des erforderlichen Temperaturbereichs so niedrig wie möglich sein, und der Tg-Wert sollte so hoch wie möglich sein. Die billigsten FR4-Substrat hat ein Tg~130°C, Aber die meisten Hersteller bieten Kern- und Laminatoptionen mit einem Tg~170°C an.
Die oben aufgeführten thermischen Eigenschaften beziehen sich auch auf die mechanische Stabilität der Leiter auf dem PCB-Substrat. Insbesondere, Die CTE-Mismatch verursacht ein bekanntes Zuverlässigkeitsproblem in Vias mit hohem Seitenverhältnis und Blind/vergrabene Durchkontaktierungen, bei denen Durchkontaktierungen aufgrund mechanischer Beanspruchung durch Volumenerweiterung zu Bruch neigen. Daher, Hohe Tg Materialien und andere spezialisierte Laminate wurden entwickelt, und Konstrukteure tätig in HDI Platine PCB Design kann die Verwendung dieser alternativen Materialien erwägen.