חומרי בסיס ל-PCB: מ-FR-4 עד Rogers וגמיש

חומר הבסיס של לוח מעגל מודפס הוא השכבה המבודדת (הדיאלקטרי) שמחזיקה את הנחושת. הוא מחליט כמה חום הלוח שורד, כמה מהר אותות נוסעים לאורכו, כמה טוב הוא מוליך חום, והאם הוא מתכופף. רוב הלוחות משתמשים באותו חומר; אתה צריך אחר רק מסיבה.

מהו למינט

לוח קשיח מתחיל כלמינט: יריעת חומר מבודד עם רדיד נחושת מודבק לצד אחד או לשני הצדדים. המבודד הוא בדרך כלל סיב זכוכית ארוג ספוג שרף ומוקשה. שכבות של לוח רב-שכבתי מוחזקות יחד על ידי prepreg, בד זכוכית עם שרף מוקשה חלקית שנמס ונדבק במהלך למינציה. שלושה מספרים מתארים למינט לרוב המטרות:

1. רדיד נחושת, מודבק לפנים.
2. שרף: האפוקסי המוקשה שמחזיק הכל יחד ומבודד.
3. בד זכוכית: האליפסות הן צרורות סיבים חתוכים לרוחב, הגדיל הגלי רץ לאורך. הוא נותן חוזק ועובי יציב.
4. נחושת על הפנים האחרות. לליבה יש רדיד בשני הצדדים, ותבנית הנחושת נצרבת ממנו מאוחר יותר.

• Tg (טמפרטורת מעבר זכוכית). הטמפרטורה שבה השרף הופך מנוקשה לרך. מעל Tg הלוח מתרחב מהר בהרבה, ומאמץ חורים וציפוי.
• Dk (קבוע דיאלקטרי) ו-Df (מקדם פיזור). כמה חזק החומר משפיע על אותות חשמליים וכמה אנרגיית אות הוא סופג. הם חשובים בתדרים גבוהים ולאימפדנס מבוקר.
• מוליכות תרמית. כמה טוב חום זורם דרך הדיאלקטרי.

FR-4

FR-4 הוא השם הנפוץ ללמינט אפוקסי מחוזק זכוכית עם תוסף מעכב בעירה. הוא זול, חזק, קל לעיבוד, וטוב מספיק לרוב האלקטרוניקה. ה-Dk שלו בדרך כלל כ-4 עד 4.6, תלוי בתכולת השרף ובתדר, ומשתנה ממנה למנה ובין יצרנים, ולכן מתכנן שצריך ערך מדויק מבקש אותו ממבנה השכבות.

FR-4 מגיע בדרגות, בעיקר לפי Tg:

הלחמה ללא עופרת נמסה בטמפרטורה גבוהה יותר מהלחמת בדיל-עופרת, והלוח עובר בתנור בטמפרטורה הגבוהה יותר, לפעמים פעמיים. לוחות עם שכבות רבות, לוחות עבים, ולוחות שיעובדו מחדש מרוויחים מ-Tg גבוה יותר. נתון קשור, Td (טמפרטורת פירוק), אומר מתי השרף מתחיל לאבד מסה, והוא סיבה נוספת לבחור דרגה טובה יותר לשירות קשה.

מעל ה-Tg שלו השרף מתרכך והלוח מתרחב מהר בהרבה. השרטוט משווה שתי דרגות.

1. ה-Tg של דרגה נמוכה יותר: מעל טמפרטורה זו הלוח גדל מהר בהרבה.
2. ה-Tg של דרגה גבוהה יותר: הלוח נשאר קשיח עד טמפרטורה גבוהה יותר.

גרסאות FR-4 אחרות נמכרות: גרסאות ללא הלוגן לשווקים שמבקשים אותן, ודרגות עם עמידות טובה יותר לחוטים אנודיים מוליכים (כשל איטי בתוך הלוח). בקש אותן כאשר המוצר שלך צריך אותן.

לוחות ליבת מתכת (אלומיניום ונחושת)

לוח ליבת מתכת מדביק שכבת מעגל נחושת דקה, דרך שכבת בידוד דקה, לבסיס מתכת, בדרך כלל אלומיניום ולפעמים נחושת. הנקודה היא חום: שכבת הבידוד מיוצרת להוליך חום טוב בהרבה מ-FR-4, והמתכת מפזרת אותו. משתמשים טיפוסיים הם תאורת LED והמרת הספק.

דברים שכדאי לדעת:

• רובם חד-צדדיים; גרסאות דו-צדדיות ורב-שכבתיות קיימות ועולות יותר.
• המוליכות התרמית של שכבת הדיאלקטרי משתנה מאוד בין דרגות, ולכן הנתון על גיליון הנתונים שווה לשאול עליו.
• אלומיניום מתרחב אחרת מהרכיבים עליו, מה שעלול לאמץ רכיבים קרמיים גדולים ומפרקי הלחמה תחת מחזורי טמפרטורה.
• קידוח וניתוב לוח מתכת איטיים יותר והלוח כבד יותר. שאל על המגבלות.

למינטים בתדר גבוה (Rogers, PTFE ואחרים)

בתדרי רדיו ומיקרוגל, FR-4 תקני מאבד יותר מדי אות, וה-Dk שלו משתנה יותר מדי. למינטים מיוחדים הם בעלי Dk נמוך ויציב יותר ו-Df נמוך בהרבה. הם נופלים לשתי קבוצות: מבוססי PTFE (סוג Teflon) וחומרי פחמימן מלאי קרמיקה או דומים. Rogers Corporation היא יצרנית ידועה; יצרנים אחרים מוכרים שווי ערך. ערכי Dk נעים מכ-2 עד 10 לאורך המשפחות, ולכן הבחירה עוקבת אחר התכנון.

נקודות מעשיות:

• הם יקרים יותר לשטח מ-FR-4.
• הם עשויים לדרוש עיבוד מיוחד, כי PTFE רך וחלקלק.
• תכנונים רבים משתמשים בהיברידי: שכבה דקה בתדר גבוה לחלק הרדיו ו-FR-4 לשאר, מה שמוריד עלות אך דורש מבנה שכבות שעובד למפעל.
• שאל את המפעל אילו מותגים ועוביים הוא יכול לספק לפני שאתה מתכנן את הלוח סביב אחד.

אתה לעיתים רחוקות צריך אלה מתחת ל-1 GHz. בין 1 לכמה גיגה-הרץ, תכנון FR-4 זהיר עובד למוצרים רבים; מעל זה, או כאשר הפסדים חשובים, למינט טוב יותר הופך לבחירה הנכונה.

לוחות גמישים וקשיחים-גמישים

לוח גמיש מיוצר על סרט פוליאימיד, לא על סיב זכוכית. הוא מתכופף, ויכול להיות מקופל פעם אחת כדי להתאים, או כפוף שוב ושוב בחלק נע. שני השימושים שונים: כיפוף שנעשה פעם אחת הוא כיפוף סטטי, כיפוף חוזר הוא כיפוף דינמי, וכללי התכנון (סוג נחושת, רדיוס כיפוף, ניתוב מוליך) אינם זהים. קשיח-גמיש משלב מקטעים קשיחים וחיבורים גמישים בחתיכה אחת.

נקודות לזכור:

• גמיש צריך רדיוס כיפוף שתלוי בעוביו; מתכננים משתמשים בכפולה של העובי הכולל, עם כפולות גדולות יותר לשכבות נוספות ולשימוש דינמי.
• מקשיחים (חומר קשיח נוסף מודבק מאחורי אזורי מחבר) מתווספים היכן רכיבים מורכבים או היכן מחבר מתחבר.
• גמיש וקשיח-גמיש עולים הרבה יותר לשטח מ-FR-4.
• גמיש סופג לחות וצריך להתייבש לפני ההרכבה.

1. FR-4: נחושת, ליבה קשיחה של בד זכוכית בשרף (הפסים), נחושת.
2. ליבת מתכת: מעגל נחושת, שכבת בידוד דקה, אחר כך בסיס מתכת עבה.
3. גמיש: סרט דק עם נחושת עליו. הוא מתכופף במקום להישאר שטוח.
4. חום מרכיב על לוח ליבת מתכת יורד דרך המבודד הדק לבסיס.

כיצד לבחור

1. התחל עם FR-4. בחר את ה-Tg מתהליך ההלחמה וממספר השכבות.
2. בחר ליבת מתכת כאשר החום מכמה רכיבים הוא הבעיה, והזז את החום החוצה דרך הלוח.
3. בחר למינט בתדר גבוה כאשר הפסדים או Dk יציב קובעים את הביצועים, בדרך כלל לרדיו.
4. בחר גמיש כאשר המוצר זז או חייב להתאים לצורה שלוח קשיח אינו יכול.
5. בספק, שאל את המפעל לפני תכנון הלוח סביב חומר.

כיצד זה מתבטא כשמזמינים כאן

החומרים, העוביים והתהליכים המיוחדים המוצעים מפורטים בדף יכולות הייצור, והרשימה בתוקף היא הרשימה שקובעת. המפעל עובד עם FR-4, אלומיניום, נחושת ומצעים גמישים, ועם חומרים ב-Tg גבוה, ללא הלוגן ובתדר גבוה. אילו מאלה אתה יכול להזמין דרך האתר נקבע בדף יכולות הייצור, ומהנדס מאשר כל הזמנה. מבני שכבות ואימפדנס מכוסים בעובי נחושת, מבני שכבות ואימפדנס.