如何选择PCB电路板制造材料和层压板

作者: 印刷电路板 分类: 印刷电路板杂谈 发布时间: 2020-09-03 18:37

制造PCB电路板时我们面临的主要问题之一是PCB设计人员经常过度依赖于材料数据表。别误会,数据表为设计人员提供了材料电性能的详尽描述,而电性能是高速应用的主要考虑因素。但是,考虑到各种现实中的制造问题时,数据手册不足,并且现实中的制造问题很重要,因为它们会影响产量和成本。

如何选择PCB电路板材料?

5种基本的PCB材料类别

关于高速线路板的PCB材料选择,关于可制造性和两个成本,必须主要关注的问题是什么?让我们看一下这张图。为了方便起见,我们根据材料的信号损耗属性将重要材料分类为存储桶。

5种基本的PCB材料类别

在左边,我们有像FR-4这样的材料。这些是您日常使用的标准材料,例如南亚等来自中国的材料,Isola等来自美国的材料。FR-4是可以在任何应用中使用的标准材料,但它们也是损耗最大的层压板。它还可能有很多其他电气和机械问题,如果您遇到FR-4材料的问题,请联系我们领智电路。

当我们遍历图表时,可以看到损耗较小,速度更快的应用PCB材料。罗杰斯4350的性能与Megtron 6和Itera相似,因此当您需要这种性能水平时,应该考虑这些材料。

如何选择PCB层压板?

PCB材料的选择取决于所用介电材料的各种特性。这些属性包括:

  • 玻璃化转变温度(Tg)–材料从固态转变为粘性态的温度称为玻璃化转变温度。这是选择PCB材料的关键参数。
  • 热分解温度(Td)–材料发生化学分解的温度称为热分解温度。
  • 介电常数(Dk)–电信号在介电介质中传播的速度称为介电常数。这是选择PCB材料的关键参数。
  • 损耗角正切–信号通过介电材料上的传输线时的功率损耗称为损耗角正切。
  • 热膨胀系数(CTE)–随温度变化而变化的材料尺寸称为热膨胀系数
  • 热导率(Tc)–材料的导热特性称为热导率。
  • 符合RoHS要求–将有害物质(如铅)的减少或消除视为符合RoHS标准。

信号损耗和工作频率

哪些PCB材料特性可解决PCB电气性能的差异,这些差异如何影响PCB材料的成本?事实证明,在评估高速PCB设计的材料性能时,有三个主要因素需要评估。工作频率下的信号损耗是多少?您是否应该担心编织效果,以及在建筑中制造叠层的材料有多容易?

信号损耗和工作频率

首先,让我们看一下信号损耗与工作频率之间的关系。从图中可以看出,信号损耗与频率之间存在直接的相关性。同时,我们还可以看到某些材料的损耗要小于其他材料。这就是我们用来在上一张图表上创建物料分类桶的基础。该图显示了哪些材料在更高的速度下可能具有更好的电性能。

PCB电路板损耗材料

接下来,让我们根据物料分类比较直接成本。从图表中可以看出,损耗材料的成本降低。您必须决定哪种材料最适合您的特定项目。如您所见,Rogers 4350B的材料比Megtron 6或Itera的材料更高,即使电气性能相似。在微波类别中,与该类别中其他材料的性能相同,Taconic RF-35的价格便宜约30%。

非PTFE(聚四氟乙烯/特氟龙)材料

让我们更深入地研究非PTFE材料。我们将再回到PTFE材料。现在,所有这些材料的性能多少有些相似,成本也差不多,但是什么证明了成本差异,使用成本更高的材料的优势是什么呢?

非PTFE(聚四氟乙烯/特氟龙)材料

首先,我们必须了解材料的构造,还必须了解玻璃对特性阻抗的影响。实现此目的的一种方法是通过了解编织效果和不同类型的玻璃布。如您所见,不同的玻璃结构将影响DK的分布。编织较松的板的板厚变化更大,DK分布的变化更大。但是,紧密的编织将具有更一致的板厚度和更均匀的DK分布。材料的有效DK与信号穿过电介质时保持相同。

从制造的角度来看,真正重要的是编织紧密的木板更容易制造。当玻璃编织更加一致时,机械激光钻孔也会变得更加一致。

PCB线路板

除了玻璃编织之外,还有两种其他类型的玻璃可供选择:Si玻璃或E玻璃。电子玻璃是主要的玻璃类型。它的厚度在1.3密耳至6.8密耳之间变化。查看图表,您可以看到5赫兹的E玻璃的DK为6.5,而DF为.006。现在,硅玻璃比电子玻璃纯净得多,因此,硅玻璃的5吉赫兹的DK为4.5,DF为.004。如果您问我,与电子玻璃相比,层压板的成本高出约15%,非常值得。

一张层压板多少钱?–间接费用

现在,让我们看一下在选择PCB材料时必须考虑的一些间接成本。重要的是要记住,我们不能只看材料本身的成本。实际上,大多数总成本根本不是来自直接的材料成本,而是来自与该PCB材料相关的PCB工艺成本。

影响制造成本的关键因素之一是层压。中等,低损耗和极低损耗类别的材料通常以与FR-4相同的方式制造,尽管某些材料在尺寸上比其他材料更稳定,并且某些材料更易于激光加工。

另一方面,RF微波类别的材料不会像非PTFE类别的材料一样配准,因此变得非常难以制造,尤其是在多层堆叠中。该困难主要是因为PTFE材料具有拉伸问题。通常,我们在层压之前使用擦洗准备材料,但是对于此类材料,擦洗是一个问题。我们已经确定了在层压后如何获得可靠的粘合力,但是这仍然很困难。

关键制造注意事项

因此,接下来,让我们讨论处理混合PCB叠放时的关键制造注意事项。首先,请确保混合堆叠中的所有材料与层压周期兼容。在层压过程中,某些材料需要比其他材料更高的温度和压力。在提交设计之前,请检查材料数据表以确认正在使用兼容的材料。

混合堆放中的第二个考虑因素是用于正确钻孔形成的钻孔参数。钻头的进给和速度根据堆叠中的材料而有所不同。如果您使用的是纯结构的堆叠,这意味着它是完全相同的材料,而不是混合结构,则必须调整进给和速度。例如,某些设置会产生大量热量,如果材料不能承受热量,则可能会发生一些变形。您还应该考虑到不同的物料钻取方法不同。例如,罗杰斯(Rogers)会更快地磨损钻头,从而影响成本。

后钻孔和CUPOSIT之前,有孔壁的准备。不同的材料需要不同的等离子体。制造商之间一个肮脏的小秘密是,并非我们所有人都根据材料来改进我们的工艺。每个常规类别都可能有工艺指南,但是为了获得绝对的可靠性和按时交货,制造商应根据每种材料改进其工艺。

混合材料的PCB堆叠指南

接下来,我们将回顾三个堆叠,并介绍一些有关混合材料的基本堆叠准则。第一叠放是使用Rogers 3000材料的纯Rogers叠放。它是多层结构,在较高温度下需要更长的停留时间。这种层压过程称为熔融粘合。只有少数制造商(例如Sierra Circuits)具备执行此操作所需的设备和专业知识。

第二叠层是使用Rogers和Isola材料的混合叠层。设计人员使用这种方法可以节省材料成本,并有助于多层堆叠的可制造性。罗杰斯不适合顺序层压工艺,还有其他材料供应商(如Taconic和Isola)制造的材料与罗杰斯相似,并且没有这些限制。过去,很难控制这些B级材料的压出厚度。现在,有了更好的设备和更好的过程控制,客户就可以期待一致性并从中受益。

第三也是最后一个是仅由Taconic材料组成的堆叠。这些材料尽管基于玻璃布,却具有与罗杰斯材料相似的性能,并且易于制造。使用玻璃布,材料的尺寸也变得稳定。

混合堆叠准则

现在,让我们讨论一些混合堆叠准则。在处理混合结构时,我们建议以下内容。以高性能材料为核心。用FR-4预浸料层压。平衡FR-4部分,不要使用Tg较低的高Tg电介质或粘结膜。

软硬结合板

所以你有它。我们回顾了如何根据性能和成本(包括可制造性)选择高速材料,并且我回顾了三个相对复杂的堆叠。

如果您有任何关于印刷电路板的询价和技术咨询,请联系我们。领智电路专注印刷电路板制造!

           

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