Questo articolo si propone di introdurre i diversi tipi di materiali utilizzati nel substrato del circuito stampato (PCB).. Il materiale di supporto selezionato deve essere adatto all'applicazione del progettista. Il substrato di imballaggio è una parte essenziale dell'imballaggio elettronico e un ponte tra il chip e il circuito esterno. Il substrato svolge i seguenti ruoli nella confezione:
- Realizzare la trasmissione di corrente e segnale tra il chip e il circuito esterno
- Proteggi e supporta meccanicamente il chip
- È il modo principale per il chip di dissipare il calore verso il mondo esterno
Dal punto di vista materiale, il i substrati PCB comunemente usati includono il substrato organico (FR-4), il substrato ceramico e il substrato metallico.
Substrato FR-4
Materiale FR-4 è generalmente considerato il substrato standard nei PCB. Il costo del materiale FR-4 è abbordabile, il che rende il materiale FR-4 un'opzione standard per PCB. Rispetto ai materiali FR-1, FR-2 e FR-3, il materiale FR-4 è la scelta migliore per realizzare PCB da un lato a multistrato. FR è un codice per il grado dei materiali resistenti al fuoco e 4 rappresenta la resina epossidica rinforzata con fibra di vetro intrecciata. Esistono vari tipi di materiale di grado FR-4 utilizzato nel PCBe la maggior parte di essi sono materiali compositi realizzati con resina epossidica tera-funzione, riempitivo e fibra di vetro. Le principali caratteristiche tecniche del materiale FR-4 sono l'isolamento elettrico stabile, l'eccellente planarità della superficie e le tolleranze di spessore standard, che rendono il materiale FR-4 adatto a prodotti con requisiti di isolamento elettronico ad alte prestazioni. Il materiale FR-4 mantiene un'elevata resistenza meccanica e una buona capacità isolante in ambienti asciutti e umidi grazie al suo basso assorbimento di umidità. Tuttavia, FR-4 Il materiale del substrato per PCB non è adatto per PCB ad alta frequenza perché il materiale FR-4 ha un fattore di dissipazione più elevato (Df), il che significa che all'aumentare delle frequenze del segnale, più segnali andranno persi. Inoltre, il materiale FR-4 non è adatto per l'uso in ambienti ad alta temperatura come le applicazioni aerospaziali.
Esempi di materiale di substrato per PCB FR-4:
- Standard FR-4: la temperatura di transizione vetrosa (Tg) di questo tipo di FR-4 è compresa tra 130 e 140
- Mid Tg FR-4: la temperatura di transizione vetrosa (Tg) di questo tipo di FR-4 è compresa tra 150 e 160
- Alta Tg FR-4: la temperatura di transizione vetrosa (Tg) di questo tipo di FR-4 è maggiore di 170
- Materiale HDI ad alta velocità e perdite molto basse: un esempio di questo materiale FR-4 è l'Isola I-speed
Substrato ceramico
La tavola in ceramica è composta da polvere di ceramica termicamente conduttiva e adesivo organico. Simile al termine FR-4, la ceramica si riferisce a una serie di materiali con strutture chimiche e proprietà fisiche simili. I substrati ceramici dei circuiti stampati sono principalmente ossido di alluminio, nitruro di alluminio e ossido di berillio. Come per il carburo di silicio e il nitruro di boro, sono anche prevalenti ceramiche con proprietà simili. Rispetto al substrato PCB FR-4, la scheda in ceramica ha una maggiore conduttività termica varia da 9 a 20 W/mk e presenta alcuni vantaggi in alcune applicazioni. In altre parole, la ceramica è un materiale ideale per una nuova generazione di circuiti integrati su larga scala e moduli elettronici di potenza. Ad esempio, nel campo dell'illuminazione a LED ad alta potenza, la ceramica e il metallo con eccellenti proprietà di dissipazione del calore lo sono solitamente utilizzato per preparare substrati PCB. Altri vantaggi della tavola in ceramica sono:
- Coefficiente di dilatazione termica più vicino ai valori della loro struttura conduttrice
- Il film metallico con minore resistenza
- L'eccellente saldabilità del substrato e l'elevata temperatura d'uso
- La bassa perdita ad alta frequenza
- Buon isolamento
- Il gruppo ad alta densità
- L'utilizzo a lungo termine in un ambiente riducente
- L'alta affidabilità in campo aerospaziale
- Resistenza meccanica desiderabile
Substrato metallico
Il substrato metallico nel PCB significa che il materiale principale è il metallo, che può dissipare rapidamente una grande quantità di calore per prevenire danni ai componenti. Attualmente, i metalli più comunemente usati nella fabbricazione del substrato metallico sono rame e alluminio. Entrambi hanno un'eccellente capacità di trasferimento del calore. Rispetto all'alluminio, il rame è più costoso, più pesante e meno rigido. Pertanto, l'alluminio è un'opzione più economica nella selezione del substrato metallico. Le applicazioni del substrato metallico includono luci a LED, apparecchiature di alimentazione industriale, amplificatore di ingresso-uscita, dispositivo di refrigerazione a semiconduttore, ecc.
Controlla anche: Tipi di PCB.
Riferimento:
https://www.proto-electronics.com/blog/pcb-fr4-guide-printed-circuits
https://www.protoexpress.com/blog/choosing-hdi-materials/
https://resources.altium.com/p/ceramic-vs-fr4-multilayer-pcbs-when-use-either-and-how
https://www.protoexpress.com/blog/advantages-metal-core-printed-circuit-boards/
Riferimento:
https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/