Projektując płytkę PCB, projektanci muszą określić wymagane materiały materiałowe płyty do budowy PCB. Dlatego projektanci biorą pod uwagę przede wszystkim dwie podstawowe właściwości termiczne i elektryczne, a następnie właściwości mechaniczne.
Właściwości termiczne materiału PCB
Właściwości termiczne materiału determinują jego zdolność do wytrzymywania ekstremalnych temperatur przy zachowaniu jego właściwości. Poniżej przedstawiono właściwości termiczne, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów PCB.
Temperatura zeszklenia (Tg)
Temperatura zeszklenia (Tg) jest zdefiniowany jako zakres temperatur, w którym właściwości materiału PCB przechodzą ze stanu sztywnego (szklistego) do stanu odkształcalnego (elastycznego), ponieważ łańcuchy polimerów zaczynają się poruszać. Rysunek 1 poniżej przedstawia zjawisko topnienia i mięknienia podłoża. Pomiędzy temperaturą zeszklenia (Tg) i temperatura topnienia (Tm), podłoże osiąga stan gumowaty. Gdy temperatura jest niższa niż Tg, materiały do budowy PCB stwardnieją, a wydajność podłoża powróci do pierwotnego stanu. Jeśli temperatura jest wyższa niż Tm, podłoże szybko straci swój kształt, a także swoją wytrzymałość, ponieważ materiał przekształci się ze stałego w lepką ciecz.
Rysunek 1: Stan podłoża
Temperatura rozkładu (Td)
Temperatura rozkładu (Td) odnosi się do temperatury, w której podłoże ulega rozkładowi chemicznemu, który powoduje utratę co najmniej 5% swojej masy. Warto zauważyć, że jeśli temperatura podłoża osiągnie lub przekroczy Td, późniejsze zmiany jego właściwości są nieodwracalne. Dlatego konieczne jest wybranie materiału, który będzie dobrze pracował w zakresie temperatur wyższym niż Tg ale znacznie niższy niż Td. The Td większości właściwości materiałów PCB jest wyższa niż 320, co jest korzystne, ponieważ większość temperatur lutowania mieści się w zakresie 200-250°C.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE)
Szybkość rozszerzalności materiału podczas nagrzewania nazywana jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej (CTE). Jednostką CTE jest ppm (części na milion)/°C. Ogólnie rzecz biorąc, CTE podłoża dielektrycznego jest wyższy niż miedzi, co prowadzi do problemów z połączeniami, gdy płytka drukowana jest podgrzewana. Gdy temperatura materiału dielektrycznego wzrośnie powyżej Tgwzrasta również CTE. Ponieważ tkanina szklana ogranicza materiał w kierunkach X i Y, nawet jeśli temperatura materiału jest wyższa niż Tg, CTE wzdłuż osi X i Y niewiele się zmieni. W rezultacie materiał ulegnie rozszerzeniu w kierunku Z, ale CTE wzdłuż tej osi powinien być jak najniższy.
Przewodność cieplna
Przewodność cieplna (k) jest definiowana jako zdolność doboru materiału PCB do przewodzenia ciepła. Innymi słowy, im wyższa przewodność cieplna, tym wyższy transfer ciepła; podczas gdy im niższa przewodność cieplna, tym niższy transfer ciepła. Wyrazem przewodnictwa cieplnego jest:
K= (Q*d) / (A*ΔT)
Q, d, A, ΔT i reprezentują odpowiednio ilość przekazywanego ciepła, odległość między dwiema płaszczyznami izotermicznymi, pole powierzchni i różnicę temperatur. W porównaniu z przewodnością cieplną miedzi (386 W/M ℃), przewodność cieplna większości materiałów dielektrycznych jest niższa i wynosi od 0.3 do 0.6 W/M ℃. To może wyjaśniać, dlaczego podłoża miedziane zabiorą więcej ciepła niż podłoża dielektryczne.
Właściwości elektryczne
Stała dielektryczna lub przenikalność względna (Er lub Dk)
Stała dielektryczna lub przenikalność względna (Er lub Dk) definiuje się jako stosunek przenikalności materiału do przenikalności próżniowej. Większość materiałów do budowy obwodów drukowanych ma stałe dielektryczne od 2.5 do 4.5. Stała elektryczna zmienia się wraz z częstotliwością i jest zwykle odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Materiały, które utrzymują względnie stabilną stałą dielektryczną w szerokim zakresie częstotliwości, nadają się do zastosowań o wysokiej częstotliwości
Tangens strat dielektrycznych lub współczynnik rozproszenia (Tan lub Df)
Strata dielektryczna odnosi się do nieodłącznego rozpraszania energii elektromagnetycznej materiałów dielektrycznych. Można go również sparametryzować zgodnie z odpowiednim tangensem strat (Tan ), który jest kątem fazowym między rezystancją a prądem biernym w dielektryku. Zakres współczynnika rozproszenia Df wynosi od 0.001 do 0.030.
Właściwości mechaniczne materiału PCB
Moduł sprężystości przy rozciąganiu (młodości) lub moduł sprężystości
Moduł sprężystości to stosunek naprężenia do odkształcenia wzdłuż tej samej osi w zakresie naprężeń mającym zastosowanie do prawa Hooke'a. Im większa wartość modułu Younga, tym sztywniejszy materiał podłoża. Wyrażenie to:
E = naprężenie / odkształcenie = (F/A) / [(L – Lo) /L]
F, A, L i Lo to odpowiednio siła przyłożona do materiału, pole przekroju poprzecznego materiału, pierwotna długość materiału i długość materiału po rozciągnięciu.
Wytrzymałość na zginanie
Wytrzymałość na zginanie, zwana również wytrzymałością na zginanie lub poprzeczną wytrzymałość na rozerwanie, jest definiowana jako naprężenie, zanim materiał PCB ulegnie ustąpieniu po obciążeniu w środku lub podparciu na końcu. Jednostką wytrzymałości na zginanie jest kg/m2 lub psi.
Masz więcej pytań dotyczących wyboru materiałów na PCB? Skontaktuj się z naszymi inżynierami już dziś: tech@orientdisplay.com lub odwiedzić naszą firmę Strona PCB.
Sprawdź również: Podłoże PCB
Numer referencyjny:
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/glass-transition-temperature
Obwody, S. (nd). Przewodnik projektowania materiałów PCB. 1-30.