Ten artykuł ma na celu wprowadzenie różne rodzaje materiałów stosowanych w podłożu płytki drukowanej (PCB). Wybrany materiał podłoża musi być odpowiedni do zastosowania projektanta. Podłoże opakowania jest istotną częścią opakowania elektronicznego i pomostem między chipem a obwodem zewnętrznym. Podłoże pełni w opakowaniu następujące role:
- Realizuj transmisję prądu i sygnału między chipem a obwodem zewnętrznym;
- Mechanicznie chroń i wspieraj chip
- Jest to główny sposób, w jaki chip rozprasza ciepło do świata zewnętrznego
Z materialnego punktu widzenia powszechnie stosowane podłoża PCB obejmują podłoże organiczne (FR-4), podłoże ceramiczne i podłoże metalowe.
Podłoże FR-4
Materiał FR-4 jest ogólnie uważany za standardowe podłoże w PCB. Koszt materiału FR-4 jest przystępny, co sprawia, że materiał FR-4 jest standardową opcją dla PCB. W porównaniu z materiałami FR-1, FR-2 i FR-3, materiał FR-4 jest najlepszym wyborem do wykonania jednostronnej lub wielowarstwowej płytki drukowanej. FR to kod klasy materiałów ognioodpornych, a 4 oznacza tkaną żywicę epoksydową wzmocnioną włóknem szklanym. W PCB stosuje się różne rodzaje materiałów klasy FR-4, a większość z nich to materiały kompozytowe wykonane z terafunkcyjnej żywicy epoksydowej, wypełniacza i włókna szklanego. Główne cechy techniczne materiału FR-4 to stabilna izolacja elektryczna, doskonała płaskość powierzchni i standardowe tolerancje grubości, które sprawiają, że materiał FR-4 nadaje się do produktów o wysokich wymaganiach w zakresie izolacji elektronicznej. Materiał FR-4 zachowuje wysoką wytrzymałość mechaniczną i dobre właściwości izolacyjne w środowisku suchym i wilgotnym ze względu na niską absorpcję wilgoci. Jednak FR-4 Materiał podłoża PCB nie nadaje się do PCB o wysokiej częstotliwości, ponieważ materiał FR-4 ma wyższy współczynnik rozpraszania (Df), co oznacza, że wraz ze wzrostem częstotliwości sygnału, więcej sygnałów zostanie utraconych. Ponadto materiał FR-4 nie nadaje się do stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak zastosowania lotnicze.
Przykłady materiału podłoża PCB FR-4:
- Standardowy FR-4: temperatura zeszklenia (Tg) tego typu FR-4 wynosi od 130 do 140
- Mid Tg FR-4: temperatura zeszklenia (Tg) tego typu FR-4 wynosi od 150 do 160
- Wysoka Tg FR-4: temperatura zeszklenia (Tg) tego typu FR-4 jest wyższa niż 170
- Materiał HDI o wysokiej prędkości i bardzo niskiej stratności: przykładem tego materiału FR-4 jest Isola I-speed
Podłoże ceramiczne
Płyta ceramiczna wykonana jest z przewodzącego ciepło proszku ceramicznego i kleju organicznego. Podobnie jak termin FR-4, ceramika odnosi się do szeregu materiałów o podobnej budowie chemicznej i właściwościach fizycznych. Podłoża ceramiczne płytek drukowanych to głównie tlenek glinu, azotek glinu i tlenek berylu. Jeśli chodzi o węglik krzemu i azotek boru, są one również dominującą ceramiką o podobnych właściwościach. W porównaniu z podłożem FR-4 PCB, płyta ceramiczna ma wyższą przewodność cieplną od 9 do 20 W/mk i ma pewne zalety w niektórych zastosowaniach. Innymi słowy, ceramika jest idealnym materiałem na nową generację wielkoskalowych układów scalonych i modułów energoelektronicznych. Na przykład w dziedzinie oświetlenia LED dużej mocy wyróżnia się ceramika i metal o doskonałych właściwościach rozpraszania ciepła zwykle używany do przygotowania podłoży PCB. Inne zalety płyty ceramicznej to:
- Bliższy współczynnik rozszerzalności cieplnej do wartości dla ich struktury przewodnika
- Folia metalowa o niższym oporze
- Doskonała lutowność podłoża i wysoka temperatura użytkowania
- Niska strata wysokiej częstotliwości
- Dobra izolacja
- Montaż o wysokiej gęstości
- Długotrwałe użytkowanie w środowisku redukującym
- Wysoka niezawodność w branży lotniczej
- Pożądana wytrzymałość mechaniczna
Podłoże metalowe
Metalowe podłoże w PCB oznacza, że materiałem rdzenia jest metal, który może szybko rozproszyć dużą ilość ciepła, aby zapobiec uszkodzeniu komponentów. Obecnie najczęściej używanymi metalami do produkcji podłoża metalowego są miedź i aluminium. Oba mają doskonałą zdolność przenoszenia ciepła. W porównaniu z aluminium miedź jest droższa, cięższa i mniej sztywna. Dlatego aluminium jest bardziej ekonomiczną opcją przy wyborze podłoża metalowego. Zastosowania podłoża metalowego obejmują oświetlenie LED, przemysłowe urządzenia zasilające, wzmacniacz wejścia-wyjścia, półprzewodnikowe urządzenie chłodnicze itp.
Sprawdź również: Rodzaje PCB.
Numer referencyjny:
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/
Numer referencyjny:
https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/