PCB आधार सामग्री: FR-4 से Rogers और flex तक

प्रिंटेड सर्किट बोर्ड की आधार सामग्री वह इन्सुलेटिंग परत (डाइइलेक्ट्रिक) है जो कॉपर को रखती है। वह तय करती है कि बोर्ड कितनी गर्मी सहता है, सिग्नल उस पर कितनी तेज़ी से चलते हैं, वह गर्मी कितनी अच्छी तरह दूर ले जाता है, और वह मुड़ता है या नहीं। अधिकांश बोर्ड समान सामग्री उपयोग करते हैं; आपको दूसरी केवल कारण से चाहिए।

लेमिनेट क्या है

कठोर बोर्ड लेमिनेट के रूप में शुरू होता है: इन्सुलेटिंग सामग्री की शीट जिसके एक या दोनों पक्षों पर कॉपर फ़ॉइल चिपकी है। इन्सुलेटर आमतौर पर रेज़िन में भिगोया और क्योर किया बुना ग्लास फ़ाइबर है। बहुपरत बोर्ड की परतें prepreg, आंशिक रूप से क्योर रेज़िन वाला ग्लास कपड़ा जो लेमिनेशन के दौरान पिघलता और जुड़ता है, द्वारा एक साथ रखी जाती हैं। तीन संख्याएं अधिकांश उद्देश्यों के लिए लेमिनेट का वर्णन करती हैं:

1. कॉपर फ़ॉइल, फलक से चिपकी।
2. रेज़िन: क्योर किया एपॉक्सी जो सब कुछ एक साथ रखता है और इन्सुलेट करता है।
3. ग्लास कपड़ा: अंडाकार फ़ाइबर के बंडल हैं जो आर-पार कटे हैं, लहरदार धागा साथ चलता है। वह शक्ति और स्थिर मोटाई देता है।
4. दूसरे फलक पर कॉपर। कोर के दोनों पक्षों पर फ़ॉइल है, और कॉपर पैटर्न बाद में उससे एच किया जाता है।

• Tg (ग्लास संक्रमण तापमान)। वह तापमान जिस पर रेज़िन कठोर से नरम हो जाता है। Tg के ऊपर बोर्ड बहुत तेज़ी से फैलता है और छेदों और प्लेटिंग पर दबाव डालता है।
• Dk (डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक) और Df (अपव्यय कारक)। सामग्री विद्युत सिग्नलों को कितनी दृढ़ता से प्रभावित करती है और वह कितनी सिग्नल ऊर्जा अवशोषित करती है। वे उच्च आवृत्तियों और नियंत्रित प्रतिबाधा के लिए महत्वपूर्ण हैं।
• तापीय चालकता। गर्मी डाइइलेक्ट्रिक से कितनी अच्छी तरह बहती है।

FR-4

FR-4 ग्लास-प्रबलित एपॉक्सी लेमिनेट का सामान्य नाम है जिसमें ज्वाला-मंदक योजक है। वह सस्ता, मजबूत, प्रक्रिया में आसान और अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पर्याप्त अच्छा है। उसका Dk आमतौर पर लगभग 4 से 4.6 है, रेज़िन सामग्री और आवृत्ति पर निर्भर करता है, और बैच से बैच और निर्माताओं के बीच बदलता है, इसलिए सटीक मान चाहिए वाले डिज़ाइनर उसे स्टैक-अप से मांगता है।

FR-4 ग्रेड में आता है, मुख्यतः Tg के अनुसार:

सीसा रहित सोल्डर टिन-सीसा सोल्डर से उच्च तापमान पर पिघलता है और बोर्ड उच्च तापमान पर ओवन से गुजरता है, कभी-कभी दो बार। कई परतों वाले बोर्ड, मोटे बोर्ड और पुनः कार्य किए जाने वाले बोर्ड उच्च Tg से लाभ पाते हैं। संबंधित आंकड़ा Td (अपघटन तापमान) बताता है कि रेज़िन कब द्रव्यमान खोना शुरू करता है और कठिन सेवा के लिए बेहतर ग्रेड चुनने का एक और कारण है।

अपने Tg के ऊपर रेज़िन नरम होता है और बोर्ड बहुत तेज़ी से फैलता है। आरेख दो ग्रेड की तुलना करता है।

1. निचले ग्रेड का Tg: इस तापमान के ऊपर बोर्ड बहुत तेज़ी से बढ़ता है।
2. उच्च ग्रेड का Tg: बोर्ड उच्च तापमान तक कठोर रहता है।

अन्य FR-4 रूप बेचे जाते हैं: उन बाज़ारों के लिए हैलोजन-मुक्त संस्करण जो उन्हें मांगते हैं, और प्रवाहकीय एनोडिक फ़िलामेंट (बोर्ड के अंदर धीमी विफलता) के बेहतर प्रतिरोध वाले ग्रेड। जब आपके उत्पाद को उनकी आवश्यकता हो तो उन्हें मांगें।

धातु-कोर बोर्ड (एल्यूमीनियम और कॉपर)

धातु-कोर बोर्ड पतली कॉपर सर्किट परत को, पतली इन्सुलेटिंग परत द्वारा, धातु आधार से जोड़ता है, आमतौर पर एल्यूमीनियम और कभी-कभी कॉपर। बिंदु गर्मी है: इन्सुलेटिंग परत FR-4 से बहुत बेहतर गर्मी संचालित करने के लिए बनाई जाती है और धातु उसे फैलाती है। विशिष्ट उपयोगकर्ता LED प्रकाश और शक्ति रूपांतरण हैं।

जानने योग्य बातें:

• अधिकांश एक-पक्षीय हैं; दो-पक्षीय और बहुपरत संस्करण मौजूद हैं और अधिक महंगे हैं।
• डाइइलेक्ट्रिक परत की तापीय चालकता ग्रेड के बीच व्यापक रूप से बदलती है, इसलिए डेटाशीट पर आंकड़ा पूछने योग्य है।
• एल्यूमीनियम उस पर घटकों से भिन्न फैलता है, जो तापमान चक्रों के तहत बड़े सिरेमिक घटकों और सोल्डर जोड़ों पर दबाव डाल सकता है।
• धातु बोर्ड को ड्रिल और रूट करना धीमा है और बोर्ड भारी है। सीमाएं पूछें।

उच्च-आवृत्ति लेमिनेट (Rogers, PTFE और अन्य)

रेडियो और माइक्रोवेव आवृत्तियों पर मानक FR-4 बहुत अधिक सिग्नल खोता है और उसका Dk बहुत अधिक बदलता है। विशेष लेमिनेट का Dk कम और स्थिर है और Df बहुत कम है। वे दो समूहों में आते हैं: PTFE-आधारित (Teflon प्रकार) और सिरेमिक-भरे हाइड्रोकार्बन या समान सामग्री। Rogers Corporation प्रसिद्ध निर्माता है; अन्य निर्माता समकक्ष बेचते हैं। Dk मान परिवारों में लगभग 2 से 10 तक हैं, इसलिए विकल्प डिज़ाइन का अनुसरण करता है।

व्यावहारिक बिंदु:

• वे FR-4 की तुलना में प्रति क्षेत्र अधिक महंगे हैं।
• उन्हें विशेष प्रक्रिया चाहिए हो सकती है, क्योंकि PTFE नरम और फिसलन भरा है।
• कई डिज़ाइन हाइब्रिड उपयोग करते हैं: रेडियो भाग के लिए पतली उच्च-आवृत्ति परत और शेष के लिए FR-4, जो लागत कम करता है पर फ़ैक्टरी के लिए काम करने वाला स्टैक-अप चाहिए।
• बोर्ड को किसी एक के चारों ओर डिज़ाइन करने से पहले फ़ैक्टरी से पूछें कि वह कौन से ब्रांड और मोटाई दे सकती है।

आपको इनकी 1 GHz के नीचे शायद ही आवश्यकता हो। 1 और कुछ गीगाहर्ट्ज़ के बीच, सावधान FR-4 डिज़ाइन कई उत्पादों के लिए काम करता है; उसके ऊपर, या जब हानि महत्वपूर्ण हो, बेहतर लेमिनेट सही विकल्प बनता है।

लचीले और कठोर-लचीले बोर्ड

लचीला बोर्ड पॉलीमाइड फ़िल्म पर बनता है, ग्लास फ़ाइबर पर नहीं। वह मुड़ता है और एक बार फिट होने के लिए मोड़ा जा सकता है, या चल भाग में बार-बार मुड़ सकता है। दो उपयोग भिन्न हैं: एक बार किया गया मोड़ स्थिर मोड़ है, बार-बार मोड़ना गतिशील मोड़ है, और डिज़ाइन नियम (कॉपर प्रकार, मोड़ त्रिज्या, ट्रैक रूटिंग) समान नहीं हैं। कठोर-लचीला कठोर खंडों और लचीले कनेक्शनों को एक टुकड़े में जोड़ता है।

याद रखने योग्य बिंदु:

• Flex को मोड़ त्रिज्या चाहिए जो उसकी मोटाई पर निर्भर करती है; डिज़ाइनर कुल मोटाई के गुणक का उपयोग करते हैं, अधिक परतों और गतिशील उपयोग के लिए बड़े गुणकों के साथ।
• स्टिफ़नर (कनेक्टर क्षेत्रों के पीछे चिपकी अतिरिक्त कठोर सामग्री) वहाँ जोड़े जाते हैं जहाँ घटक लगाए जाते हैं या जहाँ कनेक्टर लगता है।
• Flex और कठोर-flex FR-4 की तुलना में प्रति क्षेत्र बहुत अधिक महंगे हैं।
• Flex नमी अवशोषित करता है और असेंबली से पहले सुखाया जाना चाहिए।

1. FR-4: कॉपर, रेज़िन में ग्लास कपड़े का कठोर कोर (धारियां), कॉपर।
2. धातु कोर: कॉपर सर्किट, पतली इन्सुलेटिंग परत, फिर मोटा धातु आधार।
3. Flex: पतली फ़िल्म जिस पर कॉपर है। वह सपाट रहने के बजाय मुड़ता है।
4. धातु-कोर बोर्ड पर घटक से गर्मी पतले इन्सुलेटर से आधार में जाती है।

कैसे चुनें

1. FR-4 से शुरू करें। सोल्डरिंग प्रक्रिया और परतों की संख्या से Tg चुनें।
2. जब कुछ घटकों से गर्मी समस्या हो तो धातु कोर चुनें और गर्मी को बोर्ड द्वारा बाहर ले जाएं।
3. जब हानि या स्थिर Dk प्रदर्शन तय करे, आमतौर पर रेडियो के लिए, उच्च-आवृत्ति लेमिनेट चुनें।
4. जब उत्पाद चलता हो या कठोर बोर्ड न फिट हो सकने वाले आकार में फिट होना हो तो flex चुनें।
5. संदेह होने पर, सामग्री के चारों ओर बोर्ड डिज़ाइन करने से पहले फ़ैक्टरी से पूछें।

यहाँ ऑर्डर करने पर यह कैसे दिखता है

दी जाने वाली सामग्री, मोटाई और विशेष प्रक्रियाएं उत्पादन क्षमताएं पृष्ठ पर सूचीबद्ध हैं और लागू सूची वही है जो मायने रखती है। फ़ैक्टरी FR-4, एल्यूमीनियम, कॉपर और लचीले सबस्ट्रेट के साथ, और उच्च-Tg, हैलोजन-मुक्त और उच्च-आवृत्ति सामग्री के साथ काम करती है। इनमें से आप साइट द्वारा कौन सी ऑर्डर कर सकते हैं यह उत्पादन क्षमताएं पृष्ठ पर सेट है और एक इंजीनियर प्रत्येक ऑर्डर की पुष्टि करता है। स्टैक-अप और प्रतिबाधा कॉपर वेट, स्टैक-अप और प्रतिबाधा में कवर हैं।