Bir baskılı devre kartının temel malzemesi, bakırı tutan yalıtım katmanıdır (dielektrik). Kartın ne kadar ısıya dayanacağını, sinyallerin üzerinde ne kadar hızlı ilerleyeceğini, ısıyı ne kadar iyi taşıyacağını ve bükülüp bükülmeyeceğini belirler. Çoğu kart aynı malzemeyi kullanır; başka birine yalnızca bir nedenle ihtiyacınız olur.
Laminat nedir
Sert bir kart, bir tarafına veya her iki tarafına bakır folyo yapıştırılmış bir yalıtım malzemesi tabakası olan bir laminat olarak başlar. Yalıtkan genellikle reçineye batırılmış ve kürlenmiş dokuma cam elyafıdır. Çok katmanlı bir kartın katmanları, kısmen kürlenmiş reçineli cam kumaş olan ve laminasyon sırasında eriyip bağlanan prepreg ile bir arada tutulur. Üç sayı, çoğu amaç için bir laminatı tanımlar:
- Bakır folyo, yüze yapıştırılmıştır.
- Reçine: her şeyi bir arada tutan ve yalıtan kürlenmiş epoksi.
- Cam kumaş: ovaller enine kesilmiş lif demetleridir, dalgalı iplik boyuna uzanır. Mukavemet ve sabit bir kalınlık verir.
- Diğer yüzdeki bakır. Bir çekirdeğin her iki tarafında folyo vardır ve bakır deseni daha sonra ondan aşındırılır.
- Tg (cam geçiş sıcaklığı). Reçinenin sertden yumuşağa döndüğü sıcaklık. Tg'nin üzerinde kart çok daha hızlı genişler ve delikleri ve kaplamayı zorlar.
- Dk (dielektrik sabiti) ve Df (dağılım faktörü). Malzemenin elektrik sinyallerini ne kadar güçlü etkilediği ve ne kadar sinyal enerjisi emdiği. Yüksek frekanslarda ve kontrollü empedans için önemlidirler.
- Isı iletkenliği. Isının dielektrikten ne kadar iyi aktığı.
FR-4
FR-4, alev geciktirici katkılı cam takviyeli epoksi laminatın yaygın adıdır. Ucuzdur, güçlüdür, işlenmesi kolaydır ve çoğu elektronik için yeterince iyidir. Dk'si genellikle yaklaşık 4 ila 4,6'dır; reçine içeriğine ve frekansa bağlıdır ve partiden partiye ve üreticiler arasında değişir; bu nedenle hassas bir değere ihtiyaç duyan bir tasarımcı bunu katman diziliminden ister.
FR-4, esas olarak Tg'ye göre dereceler halinde gelir:
| Derece | Tipik Tg | Kullanım |
|---|---|---|
| Standart | yaklaşık 130 ila 140 °C | Basit kartlar, bir veya iki lehimleme döngüsü |
| Orta Tg | yaklaşık 150 °C | Kurşunsuz lehimleme, daha fazla katman |
| Yüksek Tg | 170 °C ve üzeri | Çok katman, kalın kartlar, tekrarlı reflow, daha yüksek çalışma sıcaklığı |
Kurşunsuz lehim, kalay-kurşun lehimden daha yüksek bir sıcaklıkta erir ve kart fırından daha yüksek sıcaklıkta, bazen iki kez geçer. Çok katmanlı kartlar, kalın kartlar ve yeniden işlenecek kartlar daha yüksek bir Tg'den yararlanır. İlgili bir rakam olan Td (bozunma sıcaklığı), reçinenin ne zaman kütle kaybetmeye başladığını söyler ve zorlu hizmet için daha iyi bir derece seçmek için başka bir nedendir.
Tg'sinin üzerinde reçine yumuşar ve kart çok daha hızlı genişler. Çizim iki dereceyi karşılaştırır.
- Daha düşük bir derecenin Tg'si: bu sıcaklığın üzerinde kart çok daha hızlı büyür.
- Daha yüksek bir derecenin Tg'si: kart daha yüksek bir sıcaklığa kadar sert kalır.
Başka FR-4 varyantları satılır: bunları isteyen pazarlar için halojensiz sürümler ve iletken anodik filamentlere (kartın içinde yavaş bir arıza) karşı daha iyi dirençli dereceler. Ürününüzün ihtiyacı olduğunda bunları isteyin.
Metal çekirdekli kartlar (alüminyum ve bakır)
Metal çekirdekli bir kart, ince bir yalıtım katmanı aracılığıyla ince bir bakır devre katmanını, genellikle alüminyum ve bazen bakır olan bir metal tabana bağlar. Amaç ısıdır: yalıtım katmanı, ısıyı FR-4'ten çok daha iyi iletmek için yapılmıştır ve metal onu yayar. Tipik kullanıcılar LED aydınlatma ve güç dönüşümüdür.
Bilinmesi gerekenler:
- Çoğu tek taraflıdır; çift taraflı ve çok katmanlı sürümler mevcuttur ve daha pahalıdır.
- Dielektrik katmanın ısı iletkenliği dereceler arasında geniş ölçüde değişir; bu nedenle veri sayfasındaki rakam sormaya değer.
- Alüminyum üzerindeki parçalardan farklı genişler; bu da sıcaklık döngüleri altında büyük seramik parçaları ve lehim birleşimlerini zorlayabilir.
- Metal bir kartı delmek ve yönlendirmek daha yavaştır ve kart daha ağırdır. Sınırları sorun.
Yüksek frekans laminatları (Rogers, PTFE ve diğerleri)
Radyo ve mikrodalga frekanslarında, standart FR-4 çok fazla sinyal kaybeder ve Dk'si çok fazla değişir. Özel laminatların Dk'si daha düşük ve daha sabittir ve Df'si çok daha düşüktür. İki gruba ayrılırlar: PTFE tabanlı (Teflon tipi) ve seramik dolgulu hidrokarbon veya benzeri malzemeler. Rogers Corporation tanınmış bir üreticidir; başka üreticiler eşdeğerlerini satar. Dk değerleri aileler boyunca yaklaşık 2 ila 10 arasında değişir; bu nedenle seçim tasarımı izler.
Pratik noktalar:
- Alan başına FR-4'ten daha pahalıdırlar.
- PTFE yumuşak ve kaygan olduğu için özel işlem gerektirebilirler.
- Birçok tasarım bir hibrit kullanır: radyo kısmı için ince bir yüksek frekans katmanı ve geri kalanı için FR-4; bu maliyeti düşürür ancak fabrika için çalışan bir katman dizilimi gerektirir.
- Etrafında kart tasarlamadan önce fabrikaya hangi markaları ve kalınlıkları tedarik edebileceğini sorun.
Bunlara nadiren 1 GHz'in altında ihtiyacınız olur. 1 ile birkaç gigahertz arasında, dikkatli FR-4 tasarımı birçok ürün için çalışır; bunun üzerinde veya kayıplar önemli olduğunda, daha iyi bir laminat sağlam seçim haline gelir.
Esnek ve sert-esnek kartlar
Esnek bir kart, cam elyafı üzerinde değil polimid film üzerinde yapılır. Bükülür ve bir kez uymak için katlanabilir veya hareketli bir parçada tekrar tekrar bükülebilir. İki kullanım farklıdır: bir kez yapılan bükülme statik bükülmedir, tekrarlı bükülme dinamik bükülmedir ve tasarım kuralları (bakır türü, bükülme yarıçapı, hat yönlendirme) aynı değildir. Sert-esnek, sert bölümleri ve esnek bağlantıları tek parçada birleştirir.
Hatırlanması gereken noktalar:
- Esnek, kalınlığına bağlı bir bükülme yarıçapına ihtiyaç duyar; tasarımcılar toplam kalınlığın bir katını kullanır, daha fazla katman ve dinamik kullanım için daha büyük katlar kullanır.
- Parçaların monte edildiği veya bir konnektörün takıldığı yerlere takviyeler (konnektör alanlarının arkasına yapıştırılmış ek sert malzeme) eklenir.
- Esnek ve sert-esnek, FR-4'e göre alan başına çok daha pahalıdır.
- Esnek nem emer ve montajdan önce kurutulmalıdır.
- FR-4: bakır, reçine içinde cam kumaştan sert bir çekirdek (şeritler), bakır.
- Metal çekirdek: bakır devre, ince bir yalıtım katmanı, sonra kalın bir metal taban.
- Esnek: üzerinde bakır olan ince bir film. Düz kalmak yerine bükülür.
- Metal çekirdekli bir karttaki bir parçadan gelen ısı, ince yalıtkandan tabana iner.
Nasıl seçmeli
- FR-4 ile başlayın. Tg'yi lehimleme sürecinden ve katman sayısından seçin.
- Birkaç parçadan gelen ısı sorunsa metal çekirdek seçin ve ısıyı karttan dışarı taşıyın.
- Kayıplar veya sabit bir Dk performansı belirlediğinde, genellikle radyo için, yüksek frekanslı bir laminat seçin.
- Ürün hareket ediyorsa veya sert bir kartın uymadığı bir şekle uyması gerekiyorsa esnek seçin.
- Şüphe durumunda, bir malzemenin etrafında kart tasarlamadan önce fabrikaya sorun.
Burada sipariş verdiğinizde bu nasıl görünür
Sunulan malzemeler, kalınlıklar ve özel işlemler üretim olanakları sayfasında listelenir ve yürürlükteki liste sayılan listedir. Fabrika FR-4, alüminyum, bakır ve esnek altlıklarla ve yüksek Tg, halojensiz ve yüksek frekans malzemeleriyle çalışır. Bunlardan hangilerini site üzerinden sipariş edebileceğiniz üretim olanakları sayfasında belirlenir ve her siparişi bir mühendis onaylar. Katman dizilimleri ve empedans, Bakır kalınlığı, katman dizilimleri ve empedans bölümünde ele alınır.