I circuiti stampati (PCB) che contengono componenti elettronici si trovano praticamente in tutti i dispositivi elettrici.
I PCB possono essere classificati in diversi tipi:
- Rigido
- Flex
- Rigido/Flex
Alcune schede richiedono materiale con caratteristiche elettriche per alta frequenza e velocità dei dati. Inoltre, alcune schede possono dover resistere a temperature molto alte e possono richiedere materiale termicamente conduttivo o schede che richiedono una soluzione di dissipazione del calore. Schede diverse con applicazioni diverse richiedono materiali diversi.
I materiali dei PCB sono generalmente composti da tre elementi che lavorano insieme per soddisfare le esigenze specifiche del sistema elettronico: Rame, resina e vetro.
Rame
Resina
Vetro
Vetro
Il tessuto di vetro è disponibile in diverse larghezze e spessori.
Stile di vetro:
Spread
Standard
Espanso
Resina
La resina è determinata da quali proprietà sono necessarie per progettare la funzione della tavola, cioè Tg, Dk, Df ecc.
La resina deve essere compatibile con il tessuto di vetro e la lamina di rame.
Rame
Il rame è definito dal peso e dal tipo di lamina, cioè ED (Electro Deposited), RA (Rolled Annealed), RTF (Reverse Treat).
Il rame deve avere una buona resistenza alla pelatura per non staccarsi dal vetro e dalla resina.
- Thermoset: Hanno alti punti di fusione, ma una volta esposti a una certa temperatura e induriti allo stato solido, i loro componenti e le loro proprietà fisiche si fissano. Non possono essere fusi di nuovo o ripristinati alle loro proprietà originali. I termoindurenti includono resine come l'epossidica, la poliimmide e l'aramide.
- Termoplastici: hanno punti di fusione bassi e quando vengono riscaldati si ammorbidiscono fino a diventare malleabili o si fondono allo stato liquido. Questo significa che possono essere modellati in quasi tutti gli stampi o disegni. Anche il calore estremo non cambia la composizione del materiale. I materiali termoplastici sono di solito a base di PTFE con riempitivi organici o inorganici.
I materiali termoindurenti sono forniti dal produttore come laminati. Fase C, cioè dopo che il polimero (Prepreg) conosciuto come fase B è stato sottoposto a pressatura ad alta temperatura e pressione tra due fogli di rame.
Il prepreg è solitamente costituito da un tessuto di vetro impregnato di resina. Come consigliato in precedenza, la resina può essere di diversi tipi. Allo stesso modo, le fibre di vetro possono essere costituite da diversi tipi e spessori di vetro.
I laminati e i preimpregnati sono rinforzati da una tela di vetro.
Frequenze più elevate e velocità di trasferimento dati richiedono costanti dielettriche accurate e più basse e lo spessore, insieme al rapporto vetro-resina, deve essere strettamente controllato nelle fasi di progettazione e produzione.
Laminato PCB:
- Tg: Temperatura di transizione vetrosa Temperatura alla quale il materiale passa dallo stato rigido a quello deformabile.
- Td: Temperatura di decomposizione Temperatura alla quale il materiale inizia a decomporsi.
- CTE-Coefficiente di espansione termica Il tasso di espansione di un laminato in funzione del cambiamento di temperatura.
- Dk- Costante dielettrica relativa La proprietà di un materiale che impedisce la trasmissione di un'onda elettromagnetica.
- Df-perdita tangente La proprietà di un materiale che descrive quanta dell'energia trasmessa viene assorbita dal materiale.
Selezione del materiale migliore per il tuo tipo di tavola
Nella seguente tabella, alcuni laminati comuni sono confrontati secondo la costante dielettrica (Dk), la capacità di resistere al calore (Tg) e l'applicazione.
Categorie di materiali come definite dall'IPC:
Schede stampate rigide e multistrato IPC-4101
Applicazioni ad alta velocità/alta frequenza IPC-4103
Dielettrici a base flessibile IPC-4202
Fogli di copertura e pellicole adesive flessibili IPC-4203
Dielettrici flessibili rivestiti di metallo IPC4204
Confronto dei materiali PCB | |||
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Tipo di materiale | Dk (@1MHz) | Tg (0C) | Applicazione |
FR4 | 4.2-4.8 | 135-140 | Standard |
FR4 | 4.5-4.8 | 150-170 | Standard/libero da piombo |
FR4 | 3.4-3.8 (@1GHz) | 180-220 | Alta velocità |
PTFE | 2.2-2.8 | 160 | Frequenza RF-Radio |
Polyimide | 3.8-4.2 | ≥250 | Uso ad alta temperatura |
La tabella di cui sopra non elenca tutte le possibili combinazioni di materiali PCB.
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