PCB Blogu - FR-4 VS alüminyum levha

FR4 devre kartının malzemesi, cam elyaf ve epoksi reçinesinden oluşan kompozit bir malzemedir. Normalde, cam elyafının epoksi reçine oranı 1: 2'dir. Avantajları arasında iyi ısı direnci, istikrarlı elektrik yalıtım performansı ve yüksek mekanik mukavemet bulunmaktadır, bu da çeşitli elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. CTE (Termal Genişleme Katsayısı), bir malzemenin sıcaklık değişikliğine yanıt olarak genişlediği derecedir ve genellikle ppm/°C (derece santigrat başına bin parça) olarak ifade edilir. FR-4, yaklaşık 15 ila 19 ppm/°C'lik bir CTE değerine sahiptir, bu da organik kapsülasyon ihtiyaçlarının çoğunluğu için uygundur. Düşük CTE paketlerine olan endüstri talebi arttıkça, FR-4'ün CTE'si daha fazla inceleme altına geldi.

CTE, özellikle termal döngüye maruz kaldığında PCB'lerin performansı için kritiktir, çünkü farklı malzemeler arasındaki CTE uyumsuzlukları mekanik arıza neden olabilecek gerilimlere yol açabilir. Özellikle, FR-4 diğer malzemelerle (örneğin bakır) birleştirildiğinde, sıcaklık değişiklikleri her malzemenin farklı genişleme hızları nedeniyle arayüzde çatlama veya soyulmaya neden olabilir. FR-4 malzemelerinin yatay ve dikey CTE'leri (CTEx, CTEy, CTEz) tasarımın güvenilirliğini sağlamak için doğru olarak göz önünde bulundurulmalıdır.

FR4 devre kartlarının üretim süreci aşağıdaki adımlar olarak özetlenebilir

1. Cam elyaf kumaşının hazırlanması: cam elyaf, cam elyaf kumaş oluşturmak için Loom tarafından bağlanır.

2. Kaba işleme: Hazırlanan cam elyaf kumaşını büyük bir kalıp içine yerleştirin ve epoksi reçine ekleyin ve oluşturmak için sıcak presleme teknolojisi ile sertleyin.

3. Hassas işleme: Önceden işlenmiş fibercam kumaş, çeşitli özellikler ve FR4 devre kartları modelleri üretmek için sondaj, bakır birikme ve muayene yoluyla işlenir.

FR-4, basılı devre kartları (PCB) için yaygın olarak kullanılan bir altyapıdır ve ısıl genişleme katsayısı (CTE) elektronik endüstrisindeki birkaç uygulamada önemlidir.

1. Termal yönetim ve boyut istikrarı

FR-4 malzemesinin CTE genellikle 50-70 x 10^-6/°C aralığında, sıcaklık değişiklikleri sırasında boyut istikrarını temsil eder. Elektronik bir cihaz çalıştığında, ısı üretimi malzemenin genişlemesine veya sıkışmasına neden olur ve aşırı derecede yüksek bir CTE, tahtanın deforme olmasına neden olabilir ve güvenilirliği etkileyebilir. Tasarımcılar, çeşitli çalışma koşullarında tahtanın sorunsuz çalışmasını sağlamak için CTE'nin etkisini göz önünde bulundurmalıdır.

2. Lehim Güvenilirliği

Lehim sürecinde, devre kartı hızlı bir termal döngüden geçer, ani sıcaklık artışı ve düşüşü zayıf lehim temas ve sonraki bağlantı arızasına neden olabilir. CTE için doğru malzemeyi seçmek termal stresi azaltabilir ve lehim eklemlerinin gücünü ve güvenilirliğini sağlayabilir. Bu özellikle yüksek yoğunluklu montaj ve elektronik ekipmanların minyatürleştirilmesi için önemlidir.

3. Yüksek frekans devrelerinde uygulamanın önemi

Yüksek frekans devreleri, malzemenin dielektrik özellikleri ve termal genişleme özellikleri konusunda sıkı gereksinimlere sahiptir. Yüksek frekans uygulamalarında FR-4, malzeme doğru seçilmiyorsa, sinyal gecikmesi ve bozulmaya neden olabilir. Doğru CTE, kartın çalışma frekanslarında iyi bir sinyal bütünlüğünü korumasına izin verir ve yüksek frekans devreleri tasarımında anahtar faktörlerden biridir.

4. Maliyet Etkililiği Görüntüleri

FR-4, diğer malzemelere (örneğin seramik, PTFE vb.) kıyasla daha düşük maliyet ve nispeten istikrarlı bir performans seçeneğidir. Maliyet-fayda açısından FR-4, temel CTE gereksinimlerini karşılarken üretimde yüksek derecede ekonomi sağlar. Bu maliyet/performans avantajı, FR-4'ü özellikle tüketici elektroniklerinde çeşitli alanlarda hakim malzeme haline getirdi.

Alüminyum plaka, iyi ısı dağılım fonksiyonu olan metal bazlı bakır kaplı bir plakadır. Genellikle, tek bir panel üç katmanlı bir yapıdan oluşur, yani bir devre katmanı (bakır folyo), bir yalıtım katmanı ve bir metal substrat. Yüksek sınıf kullanım için bazı tasarımlar ayrıca bir devre katmanı, yalıtım katmanı, alüminyum tabanı, yalıtım katmanı ve devre katmanı yapısı olan çift taraflı levhalardır. Çok az uygulama, sıradan çok katmanlı levhaları yalıtım katmanları ve alüminyum levhalarla bağlayarak yapılabilen çok katmanlı levhalardır.

FR-4 ve alüminyum levha arasındaki fark

1. Performans

Tel (bakır tel) ve sigorta akımının alüminyum plaka ve FR-4 plaka karşılaştırmasından farklı altyapı malzemelerinde karşılaştırılması, metal altyapının yüksek ısı dağılımı nedeniyle iletkenliğin önemli ölçüde geliştiğini göstermektedir, bu da alüminyum plakanın yüksek ısı dağılımı özelliklerini başka bir bakış açısından göstermektedir. Alüminyum substratın ısı dağılımı yalıtım katmanı kalınlığı ve ısı iletkenliği ile ilişkilidir. Yalıtım katmanı ne kadar ince olursa, alüminyum plakanın termal iletkenliği o kadar yüksektir (ancak basınç direnci o kadar düşüktür).

2. İşlenebilirlik

Alüminyum plaka, FR-4 plakasından üstün olan yüksek mekanik mukavemete ve sertliğe sahiptir. Bu amaçla, büyük alanlı basılı levhalar, büyük bileşenlerin kurulabileceği alüminyum levhalara yapılabilir.

3. Elektromanyetik koruma performansı

Devrelerin performansını sağlamak için, elektronik ürünlerdeki bazı bileşenlerin elektromanyetik dalga radyasyonunu ve müdahaleyi önlemesi gerekir. Alüminyum plakalar elektromanyetik dalgaları korumak için koruyucu plakalar olarak hizmet edebilir.

4. Termal genişleme katsayıları

Genel FR-4'ün termal genişlemesi nedeniyle, özellikle plakanın kalınlığı nedeniyle, metalleştirilmiş delikler ve tellerin kalitesi etkilenir. Ana neden, hammaddedeki bakırın termal genişleme katsayısının kalınlığında 17 * 106 cm / cm-C olması ve FR-4 plakanın termal genişleme katsayısının önemli bir farka sahip olan 110 * 106 cm / cm-c olmasıdır ve ısıtma altyapısı genişlemesine, bakır tellerde değişikliklere ve metal delik kırılmasından kaynaklanan ürün güvenilirliğine zarar vermeye eğilimlidir. Alüminyum plakanın termal genişleme katsayısı 50 × 106 cm / cm-C'dir, sıradan FR-4 levhasından daha küçük ve bakır folyonun termal genişleme katsayısına yakındır.

5. Uygulama alanları

FR-4 kartı genel devre tasarımı ve sıradan elektronik ürünler için uygundur. Alüminyum levhalar genellikle LED ışık levhaları gibi yüksek ısı dağılımı gereksinimlerine sahip elektronik ürünlerde kullanılır.

FR4, PCB üretiminde en yaygın kullanılan levhalardan biridir. Mükemmel mekanik mukavemet, ısı direnci ve elektrik performansına sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda ve frekanslarda çalışabilir. FR4 tahtası küçük bir termal genişleme katsayısı ve iyi bir istikrara sahiptir, bu da yüksek hassasiyetli elektronik ürünlerin üretimi için uygundur.

Alüminyum plaka, alüminyum plaka, yalıtım katmanı ve bakır folyodan oluşan bir metal substrattır. Yüksek güçlü elektronik ürünlerin üretimi için uygun olan mükemmel termal iletkenlik ve ısı dağılım performansına sahiptir. Alüminyum plakanın ısı dağılım performansı FR4 plakasından daha iyidir, bu nedenle yüksek güçlü LED ışıkların, yüksek güçlü frekans dönüştürücülerinin ve diğer elektronik ürünlerin üretimi için uygundur.

PCB kartlarının çeşitliliği, elektronik ürünlerin üretimi için daha fazla seçenek sağlar. Kartları seçerken, performans gereksinimleri, çalışma ortamı ve elektronik ürünlerin maliyeti gibi faktörleri kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurmak gerekir. FR4 vs alüminyum levha, gerçek duruma göre seçilmesi gereken avantajları ve dezavantajları vardır.