Materiały do obwodów drukowanych

Materiały do obwodów drukowanych

Podstawowe konstrukcyjne elementy płytki drukowanej to dielektryczne podłoże (twarde lub elastyczne), na powierzchni którego znajdują się miedziane przewodniki (ścieżki). Do instalacji podzespołów elektronicznych i ich połączeń stosuje się dodatkowe elementy: punkty lutownicze (pady), przelotki, otwory metalizowane i niemetalizowane (montażowe), duże miedziane obszary (poligony) do odprowadzenia ciepła, ekranowania itp.

Jako dielektryczne podłoża mogą być stosowane laminaty szklano-epoksydowe lub materiały kompozytowe. Podstawowe rodzaje i parametry materiałów stosowanych do produkcji obwodów drukowanych podano w tabeli.

Materiał

Opis

Temperatura zeszklenia Tg

Stała dielektryczna Dk

Producenci

FR4

Skrót FR pochodzi od Fire Retardant. Laminat wykonany jest z włókna szklanego z żywicą epoksydową. Jest to najczęściej używany materiał do płytek drukowanych.

135°C

3,8-4,7

Shengyi, Isola, Nanaya, KB, Goldenmax

FR4 bezhalogenowy

Ten rodzaj laminatu nie zawiera halogenu, antymonu, fosforu, itp., nie wydziela szkodliwych substancji podczas spalania.

140°C

4,5 -4,9

Shengyi, Nanya

FR4 High Tg, FR5

Te rodzaje laminatów bardzo dobrze nadają się do lutowania bezołowiowego.

170°C

3,8-4,6

Nanya, Nelco, Panasonic

RCC

RCC to jest miedzana folia pokryta żywicą epoksydową.

130°C

4,0

SengYi, Nelco

PD

Materiał z poliimidu na podstawie z włókien aramidowych.

260°C

4,4

Arlon, Nelco

Do wysokiej częstotliwości (z PTFE)

Laminaty dla obwodów drukowanych do zakresu bardzo wysokiej częstotliwości, gdy wymagane są niski współczynnik strat dielektrycznych (Df) oraz bardzo stabilna stała dielektryczna (Dk).

240–280°C

2,2–10,2

Taconic, Rogers

Do wysokiej częstotliwości (inne niż PTFE)

240–280°C

3,5

Rogers

Poliimid

Materiał do produkcji elastycznych i sztywno-elastyczne obwodów drukowanych.

195-220°C

3,4

Dupont, Taiflex


Typowe konstrukcje płytek drukowanych oparte są na zastosowaniu standardowego laminatu szklano-epoksydowego typu FR4, z roboczą temperaturą, zazwyczaj, od -50 do + 110°C, temperaturą zeszklenia Tg około 135°C. Stała dielektryczna Dk może wynosić od 3,8 do 4,6 w zależności od dostawcy i rodzaju materiału. Przy podwyższonych wymaganiach w zakresie odporności na działanie ciepła lub przy montażu płytek w piecu w technologii bezołowiowej (temp. do 260°C) stosuje się wysokotemperaturowy FR4 High Tg lub FR5. Przy wymaganiach dotyczących stałej pracy w wysokich temperaturach lub przy nagłych spadkach temperatur stosuje się poliimid. Oprócz tego poliimid wykorzystuje się do produkcji płytek o podwyższonej niezawodności, do zastosowań wojskowych, a także w przypadkach gdy jest potrzebna podwyższona wytrzymałość elektryczna. Dla płytek z obwodami bardzo wysokiej częstotliwości (b.w.cz) - powyżej 2 GHz, stosują się poszczególne warstwy materiału b.w.cz. lub płytka jest całkowicie wykonywana z materiału b.w.cz. Najbardziej znani dostawcy specjalnych materiałów - Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Cena tych materiałów jest wyższa niż podstawowego materiału FR4.

FR-4

Rodzina materiałów pod ogólną nazwą FR-4 według klasyfikacji NEMA (National Electrical Manufacturers Association, USA). Materiały te są najbardziej rozpowszechnione do produkcji jednostronnych, dwustronnych oraz wielowarstwowych obwodów drukowanych o podwyższonych wymaganiach w zakresie wytrzymałości mechanicznej. FR- 4 stanowi materiał kompozytowy na bazie tkaniny z włókna szklanego (laminat szklano-epoksydowy). Zazwyczaj jest w kolorze matowym żółtawym lub przezroczysty, standardowy zielony kolor nadaje mu maska lutownicza nanoszona na powierzchnię obwodu drukowanego. Klasa palności UL94-V0.

W zależności od właściwości i zastosowania FR- 4 dzieli się na następujące podklasy:

  • standardowy, z temperaturą zeszklenia Tg ~ 130°C, z ultrafioletową blokadą (UV blocking) lub bez niej. Najbardziej rozpowszechniony i szeroko stosowany typ, równocześnie najtańszy z FR- 4;

  • z wysoką temperaturą zeszklenia, Tg ~ 170°C- 180°C, nadaje się do technologii bezołowiowego cynowania i lutowania;

  • bezhalogenowy, nadaje się do technologii bezołowiowego cynowania i lutowania;

  • z normowanym indeksem CTI ≥ 400, ≥ 600;

FR-1/FR-2

Klasa materiałów FR-1 i FR-2 według klasyfikacji NEMA. Takie materiały kompozytowe, produkują się z podstawy fenolowo-papierowej i stosują się tylko do produkcji jednostronnych płytek drukowanych. FR-1 i FR-2 mają podobne parametry, FR-1 różni się od FR-2 wyłącznie wyższą temperaturą zeszklenia. Wobec podobieństwa parametrów i zakresu zastosowania FR-1 i FR-2, większość producentów materiałów produkuje tylko jeden z tych materiałów, najczęściej FR-1. Materiały doskonale nadają się do obróbki mechanicznej (frezowanie, wycinanie). Klasa palności UL94-V0.

Dzieli się na następujące podklasy:

  • standardowy;

  • bezhalogenowy, bez zawartości fosforu i antymonu, nietoksyczny;

  • z normowanym indeksem CTI ≥ 400, ≥ 600;

  • wodoodporny;

CEM-1

Klasa materiałów CEM-1 według klasyfikacji NEMA. Takie materiały kompozytowe, produkują się z podstawy fenolowo-papierowej z dwoma warstwami tkaniny szklanej na zewnątrz. Zazwyczaj w kolorze mleczno-białym lub mleczno-żółtym. Są niekompatybilne z procesem metalizacji przelotek, dlatego stosują się tylko do produkcji jednostronnych płytek drukowanych. Właściwości dielektryczne zbliżone do FR- 4, właściwości mechaniczne są nieco gorsze. CEM- 1 jest dobrą alternatywą FR-4 do produkcji jednostronnych płytek drukowanych kiedy cena jest czynnikiem decydującym. Materiał doskonale nadaje się do obróbki mechanicznej (frezowanie, wycinanie). Klasa palności UL94-V0.

Dzieli się na następujące podklasy:

  • standardowy;

  • wysokotemperaturowy, nadaje się do technologii bezołowiowego cynowania i lutowania;

  • bezhalogenowy, bez zawartości fosforu i antymonu;

  • z normowanym indeksem CTI ≥ 600;

  • wodoodporny, z podwyższoną stabilnością wymiarów;

CEM-3

Rodzina materiałów CEM-3 według klasyfikacji NEMA. Materiał kompozytowy na podłożu z włókna szklanego epoksydowego zazwyczaj w kolorze mleczno-białym lub przezroczysty. Jest często używany do produkcji dwustronnych płytek drukowanych. Pod względem swoich właściwości bardzo zbliżony do FR- 4 i różni się w zasadzie tylko mniejszą wytrzymałością mechaniczną. Jest tańszą alternatywą FR-4 do absolutnej większości zastosowań. Materiał doskonale nadaje się do obróbki mechanicznej (frezowanie, wycinanie). Klasa palności UL94-V0.

W zależności od właściwości i zastosowania CEM-3 dzieli się na następujące podklasy:

  • standardowy, z ultrafioletową blokadą (UV blocking) lub bez niej;

  • wysokotemperaturowy,  nadaje się do technologii bezołowiowego cynowania i lutowania;

  • bezhalogenowy, bez zawartości fosforu i antymonu;

  • z normowanym indeksem CTI ≥ 600;

RO3000

Seria materiałów opracowanych do szerokiego zastosowania na początku lat 90-tych XX wieku. Materiały te mają doskonałe właściwości elektryczne w zakresie bardzo wysokich częstotliwości. Współczynnik rozszerzenia cieplnego (CTE - Coefficient of Thermal Expansion) wzdłuż osi X i Y dla tych materiałach jest zbliżony pod względem wartości do CTE miedzi i FR4, co umożliwia wytwarzanie niezawodnych RO3000 / FR4 zestawów hybrydowych. Niskie straty dielektryczne (Df ~ 0,0013 przy częstotliwości 10 GHz) stanowią wielkie zalety przy wykorzystaniu laminatów tej serii w urządzeniach mikrofalowych.

RO4000

To seria materiałów do zakresu dużej częstotliwości, które były opracowane aby, z jednej strony, zapewnić jakościowe parametry do zakresów bardzo wysokich częstotliwości, porównywalne z materiałami zawierającymi policzterofluoroetylen (PTFE), a z drugiej strony, maksymalnie uprościć technologię produkcji płytek, czyli uczynić ją zgodną z tradycyjną technologią obróbki zbrojonych laminatów (FR4). Materiały RO4000 stanowią włókno szklane z wysoką temperaturą zeszklenia (Tg ~ 280 °C) z wypełnieniem z polimeru termoutwardzalnego z dodatkiem ceramiki.

Poliimid

Stanowi elastyczną polimerową folię odgrywającą rolę podłoża elastycznych płytek drukowanych. Istnieje szereg formuł poliimidu pod handlowymi markami Kapton, Rogers, Dupont. Zalety: doskonała elastyczność we wszystkich temperaturach, dobre właściwości elektryczne, doskonała odporność chemiczna (z wyjątkiem gorących stężonych zasad), bardzo dobra wytrzymałość na rozrywanie. Niektóre rodzaje poliimidów mają dodatkowe zalety (współczynnik rozszerzenia zgodny z miedzią). Temperatura robocza od -200°C do + 300°C. Wady: wysokie wchłanianie wody (do 3% wagowo), stosunkowo wysoka cena. Pomimo wysokiej temperatury zeszklenia, wysokotemperaturowe właściwości płytek z poliimidów ograniczają spoiwa do sklejania warstw.

Grubość folii z poliimidu może zmieniać się w szerokim zakresie, jednakże w praktyce większość oferowanych materiałów elastycznych ma grubość w wąskim zakresie od 12 do 125 μm. Przy projektowaniu elastycznych obwodów drukowanych może przydać się taka zasada: sztywność materiałów elastycznych jest proporcjonalna do sześcianu ich grubości. Oznacza to, że jeżeli grubość materiału podwaja się, staje się on ośmiokrotnie sztywniejszy i przy tym samym obciążeniu odkształci się osiem razy mniej.

Jak uzyskać wycenę i złożyć zamówienie?Sprawdź

Skontaktuj się z nami

Zapraszamy do odwiedzenia naszego biura w Warszawie lub kontaktu telefonicznego pod numerem 500-742-225. Jesteśmy dostępni od poniedziałku do piątku w godzinach 8:00 - 16:00. Więcej informacji o nas znajdziesz w rozdziale kontakty.