Диэлектрический материал печатной платы относится к материалу, который по своей природе непроводящий, он очень важен при формировании печатных плат. Эти материалы действуют как изоляторы, а также как барьеры между проводящими слоями, чтобы избежать прямых соединений и сохранить сигналы чистыми. По мере повышения уровня интеграции решение о диэлектрическом материале, используемом в печатных платах, имеет решающее значение для достижения удовлетворительных характеристик в критических приложениях. В этом блоге мы обсудим около 4 наиболее часто используемых диэлектрических материалов печатных плат и некоторые советы о том, как выбрать лучший из них. Давайте начнем с его определения.
Что такое диэлектрические материалы?
Диэлектрики — это материалы, которые не обладают проводимостью и обладают способностью удерживать электрические заряды и предотвращать их поток через материал. Два свойства отличают эти материалы: одно из них — диэлектрическая проницаемость, которая показывает, насколько хорошо материалы могут хранить и передавать электрическую энергию. Другое свойство — коэффициент рассеяния, который измеряет, насколько плохо материалы способны хранить электрическую энергию. Диэлектрический материал в печатных платах используется между проводящими дорожками и местами для электрической изоляции, чтобы не возникало короткого замыкания или помех сигнала. Диэлектрические материалы, используемые в плате, обеспечивают емкость платы, и это важно в высокочастотных «высокоскоростных» цепях. Их значения влияют на электрические, тепловые и механические характеристики печатной платы, включая диэлектрическую постоянную, теплопроводность и механическую прочность материала.
Типы диэлектрических материалов для печатных плат
FR-4 (огнестойкий 4)
FR-4 (Flame Retardant 4) — один из самых популярных диэлектрических материалов для производства печатных плат. Это композитный материал FC, который изготавливается из армированного стекловолокна и связующего эпоксидной смолы. FR-4 обладает хорошим электрическим сопротивлением, механическими свойствами и огнестойкостью, поэтому его можно использовать в многочисленных приложениях. Тем не менее, его применение несколько ограничено в высокочастотных и высокоскоростных системах, поскольку диэлектрическая проницаемость fr4 сравнительно высока.
Дополнительная литература: Полное руководство по теплопроводности FR4
CEM-1, CEM-2 и CEM-3
CEM-1, CEM-2 и CEM-3 — это композитные диэлектрические материалы с керамическим наполнителем, широко используемые в высокочастотной и высокоскоростные печатные платы. Эти материалы имеют более низкую диэлектрическую постоянную и коэффициент рассеяния, чем FR-4, что снижает потери сигнала и деградацию сигнала. Они также показывают большие тепловые коэффициенты, которые помогают в управлении теплом, выделяемым в системе. Однако эти материалы обычно дороги и требуют специализированных производственных процессов.
Политетрафторэтилен (PTFE)
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) — это фторполимерный материал, обладающий электрическими свойствами, такими как диэлектрическая проницаемость и коэффициент рассеяния. Диэлектрические материалы, изготовленные из полимера ПТФЭ, идеально подходят для высокочастотных цепей и передачи микроволновых сигналов, а также цепей, которые должны использоваться в химически агрессивных средах и при высоких температурах. Однако они могут стоить дороже и иметь очень ограниченные механические характеристики по сравнению с другими материалами.
Polyimide
Полиимид — это диэлектрический материал для печатных плат, который может использоваться в условиях высоких рабочих температур благодаря своей термостойкости, низкой способности к впитыванию влаги и хорошим диэлектрическим показателям. Этот вид материала обычно используется в гибкие и жестко-гибкие схемы и в схемах, которые необходимо использовать при высоких температурах или которые подвергаются воздействию агрессивных химических веществ. Однако они могут быть более дорогими, а иногда их обработка более сложна.
Свойства, которые следует учитывать при выборе диэлектрических материалов для печатных плат
При выборе диэлектрических материалов для печатных плат необходимо учитывать следующие 4 основных свойства:
Электрические свойства
- Диэлектрическая проницаемость (ДК)
Это показывает, сколько электрической энергии может удерживать материал на основе диэлектрической проницаемости. Это свойство влияет на скорость сигналов, а также на импеданс; и низкие значения DK желательны в высокоскоростных приложениях.
- Коэффициент рассеяния (DF)
Коэффициент рассеяния определяет диэлектрические потери, а показатели, характеризующиеся меньшими значениями DF, подходят для высокочастотного использования. Он влияет на затухание сигнала и величину производительности.
- Электрическая прочность
Электрическая прочность относится к интенсивности электрического напряжения, которое материал способен выдержать до того, как он сломается. Это очень важно для высоковольтных приложений, чтобы гарантировать надежность и безопасность.
Тепловые свойства
- Температура стеклования (Тс)
Это температура, при которой полимер переходит из твердого и стеклообразного состояния в мягкое и резиноподобное состояние. Для механических применений, особенно тех, которые работают при высоких температурах, существует тенденция использовать материалы с высокой Tg.
- Коэффициент теплового расширения (КТР)
КТР определяет степень расширения или усадки материала при изменении температуры. Другим соображением является попытка сделать КТР используемых диэлектрических материалов равным КТР меди, чтобы минимизировать механическое напряжение и отказы при постоянном использовании или термоциклировании.
- Теплопроводность
Теплопроводность является мерой того, насколько эффективно материал может передавать тепловые потоки из области высокой температуры в область низкой температуры. Таким образом, повышенная теплопроводность снимает проблему эффективного рассеивания тепла, что особенно важно для электронных схем.
Химические свойства
- Поглощение влаги
Влагопоглощение относится к количеству воды, которое данный материал способен впитать. Меньшее количество влаги предпочтительнее, чтобы не ухудшить электрические свойства и такие характеристики, как расслоение.
- Химическая устойчивость
Это свойство измеряет способность материала выдерживать воздействие жидкостей или растворителей, кислот и других химикатов. Это важный параметр для измерения того, может ли печатная плата использоваться в суровых условиях.
Заключение
Выбор диэлектрического материала в печатной плате является очень важным фактором. Он может существенно повлиять на производительность платы, ее надежность и применимость по назначению. Как упоминалось в этом блоге, каждый диэлектрический материал имеет различные характеристики, включая электрические, термические, механические и химические. Все еще не уверены, какой материал подойдет идеально для вашего проекта? Свяжитесь с нами сейчас. Наши инженеры всегда готовы помочь вам и дать лучший совет по выбору правильного диэлектрического материала для печатной платы.
