Panduan Pemilihan Bahan PCB

Langsung ke:

• Properti Termal
• Properti Listrik
• Dampak Daya dan Panas pada Pemilihan Material PCB
• Papan Flex dan Rigid-Flex
• Beli PCB Dari Millennium Circuits Limited

Dengan semua jenis bahan PCB, tujuannya adalah untuk menghantarkan listrik dan memberikan insulasi antara lapisan konduktor tembaga. FR-4 adalah bahan yang paling banyak digunakan dalam kategori ini. Namun, kebutuhan papan Anda akan selalu bergantung pada berbagai sifat material PCB. Baca panduan pemilihan material PCB berikut untuk mempelajari apa yang harus dicari terkait sifat termal, listrik, kimia, dan mekanik dari berbagai jenis material PCB.

Pilihan Bahan PCB, Klasifikasi, dan Pertimbangan Properti Substrat

Properti Termal

• Suhu Transisi Kaca (Tg): Substrat PCB melunak saat terkena suhu di atas ambang batas tertentu. Substrat mengeras kembali ke keadaan alami setelah dikeluarkan dari panas. Rentang di mana transformasi ini dapat diterapkan pada substrat dikenal sebagai suhu transisi gelas (Tg) — satuan yang dicatat dalam derajat Celcius.
• Suhu Penguraian (Td): Ketika terkena suhu melewati ambang batas tertentu, substrat PCB akan terurai. Dalam prosesnya, PCB kehilangan lima persen atau lebih dari keseluruhan massanya. Kisaran suhu di mana proses ini terjadi dikenal sebagai suhu dekomposisi (Td), yang dicatat dalam derajat Celcius. Sementara efek dari transformasi Tg terbalik sendiri setelah material dihilangkan dari suhu transisi gelasnya, efek suhu dekomposisi pada substrat bersifat permanen. Karena itu, yang terbaik adalah menggunakan bahan PCB yang dapat menangani kisaran suhu lingkungan kerja Anda. Suhu yang diperlukan untuk menyolder substrat PCB umumnya antara 200 ° C dan 250 ° C. Idealnya, Tg harus di bawah kisaran itu dan Td harus lebih tinggi.
• Koefisien Ekspansi Termal (CTE): Tingkat ekspansi PCB dikenal sebagai CTE-nya. Ketika substrat terkena suhu yang melebihi Tg, material juga akan mengalami kenaikan CTE, yang diukur dalam bagian per juta (ppm). Substrat umumnya akan memiliki CTE tinggi daripada lapisan tembaga. Perbedaan ini terkadang menjadi sumber masalah interkoneksi ketika panas diterapkan. Karena keterbatasan kaca tenunan di sekitar bahan PCB, CTE biasanya berada dalam kisaran 10 hingga 20 ppm di sumbu X dan Y. Bahkan ketika suhu melampaui ambang Tg, CTE tetap sama. CTE harus dijaga seminimal mungkin melintasi sumbu karena ini adalah arah di mana material akan mengembang. Agar aman, direkomendasikan CTE 70 ppm atau di bawah.

• Konduktivitas Termal (k): Sifat konduktif panas dari PCB disebut sebagai konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal material secara langsung berkorelasi dengan kemampuan PCB untuk mentransfer panas. Jika tingkat k rendah, maka tingkat perpindahan panas juga akan terjadi, dan sebaliknya. Tingkat konduktivitas termal diukur dalam watt per meter (W/M) pada Kelvin (K). Kisaran konduktivitas termal untuk banyak bahan dielektrik adalah antara 0,3 dan 6 W/mk Sebagai perbandingan, tembaga memiliki tingkat-k 386 W/M -ºC. Dengan demikian, lapisan tembaga membawa panas lebih cepat daripada dielektrik di PCB.

Properti Listrik

• Konstanta Dielektrik atau Permitivitas Relatif (Er atau Dk): Dua faktor terpenting yang menentukan kinerja listrik dari konstanta dielektrik adalah impedansi dan integritas sinyal. Konstanta dielektrik (Er) atau permitivitas relatif (Dk) dari bahan PCB umumnya antara 3,5 dan 5,5. Level Er material tergantung pada frekuensi dan biasanya akan turun seiring dengan meningkatnya frekuensi. Tingkat Dk berubah lebih sedikit pada bahan PCB tertentu daripada yang lain. Agar material aman untuk aplikasi yang melibatkan frekuensi tinggi, material tersebut harus mempertahankan konstanta dielektrik yang stabil pada rentang frekuensi yang luas.

• Singgung Rugi Dielektrik atau Faktor Disipasi (Tan atau Df): Suatu bahan kehilangan daya lebih kecil jika tangen ruginya rendah. Tangen kerugian dielektrik (Tan ) bahan yang digunakan pada papan sirkuit tercetak umumnya berkisar antara 0,02 hingga 0,001. Angka pertama berlaku untuk bahan yang lebih banyak digunakan. Namun, angka terakhir umumnya berlaku untuk bahan kelas atas. Tan juga meningkat seiring dengan frekuensi. Ketika datang ke sirkuit digital, tangen kerugian umumnya merupakan faktor yang tidak terlalu penting. Harapan terhadap aturan ini akan mencakup aplikasi apa pun yang tingkat frekuensinya melebihi 1Ghz. Rugi tangen lebih penting untuk sinyal analog.
• Volume Resistivitas (ρ): Hambatan bahan dielektrik terhadap isolasi atau listrik dikenal sebagai hambatan volume (ρ). Bahan PCB dengan resistivitas tinggi akan lebih kecil kemungkinannya untuk memfasilitasi muatan listrik. Ohm-meter (Ω-m) — serta ohm-sentimeter (Ω-cm) — digunakan untuk mengukur resistivitas dielektrik tertentu. Seperti semua isolator dielektrik, bahan pada papan sirkuit tercetak harus memiliki resistivitas tinggi, sebaiknya dalam kisaran 10 ³ sampai 10 ¹⁰ Megaohm-sentimeter. Faktor eksternal seperti panas, dingin, dan kelembapan dapat berdampak pada resistivitas material.
• Resistivitas Permukaan (ρS): Resistansi permukaan bahan dielektrik terhadap isolasi dan listrik disebut sebagai resistivitas permukaan (ρS). Seperti level bahan, S harus tinggi, sebaiknya dalam kisaran 10 ³ sampai 10 ⁹ cMegaohm per persegi. Seperti halnya , tingkat S material dapat dipengaruhi oleh suhu dan kelembapan yang ekstrem.
• Kekuatan Listrik: Di seberang arah Z papan sirkuit tercetak, kemampuan bahan dielektrik untuk menahan gangguan listrik disebut sebagai kekuatan listrik, yang diukur dalam Volt/mil. Sebagian besar bahan PCB memiliki kekuatan listrik antara 800 V/mil dan 1500 V/mil.

Minta Penawaran Gratis

Dampak Daya dan Panas pada Pemilihan Material PCB

Sifat Kimia

• Spesifikasi Mudah Terbakar (UL94): Sifat plastik tahan api — juga dikenal sebagai plastik mudah terbakar — diberi peringkat dari tertinggi hingga terendah dalam Standar Keamanan Mudah Terbakar Bahan Plastik untuk Suku Cadang dalam Perangkat dan Peralatan (UL94). Persyaratan untuk bahan PCB di UL94 menyatakan bahwa spesimen tidak dapat terbakar lebih dari 10 detik dengan pembakaran yang menyala. Untuk satu set yang terdiri dari lima spesimen, spesimen gabungan tidak dapat terbakar lebih dari 50 detik dengan pembakaran yang menyala.
• Penyerapan Kelembaban: Ketika terendam dalam cairan, kemampuan bahan dielektrik untuk menahan paparan semacam ini disebut sebagai penyerapan air. Sebagian besar bahan PCB memiliki nilai penyerapan air antara 0,01 persen dan 0,20 persen. Sifat listrik dan termal dielektrik keduanya dipengaruhi oleh penyerapan kelembaban material.
• Resistensi Metilen Klorida: Resistensi kimia dari bahan PCB disebut sebagai resistensi metilen klorida (MCR), yang paling langsung mengukur ketahanan dielektrik terhadap penyerapan metilen klorida. Dielektrik sering kali memiliki MCR antara 0,01 persen dan 0,20 persen.

Papan Flex dan Rigid-Flex

Properti Mekanik

• Kekuatan Kupas: Kemampuan ikatan antara lapisan dielektrik dan tembaga pada papan sirkuit tercetak dikenal sebagai kekuatan kupas. Selama tahap pembuatan PCB, kekuatan pengelupasan diuji pada jejak tembaga setebal satu ons dalam tiga kondisi berikut:setelah stres termal, pada suhu tinggi, dan setelah paparan bahan kimia.
• Kekuatan Lentur: Kemampuan bahan dielektrik untuk menahan tekanan fisik tanpa putus disebut sebagai kekuatan lentur, yang diukur dalam kilogram per meter persegi atau pound per inci persegi. Untuk menguji kekuatan lentur papan sirkuit tercetak, gaya diterapkan di bagian tengah sementara hanya ujungnya yang ditopang. Kekuatan dielektrik juga diukur dengan modulus tarik, yang menentukan rasio tegangan/regangan bahan PCB dan seberapa baik daya tahannya di setiap arah. Modulus tarik sering disebut sebagai modulus Young, yang digunakan sebagai pengganti kekuatan lentur oleh beberapa produsen sebagai ukuran kemampuan PCB untuk menahan tekanan.
• Kepadatan: Massa jenis bahan dielektrik diukur dalam gram per sentimeter kubik (g/cc). Sebagai alternatif, kerapatan PCB juga dapat diukur dalam pound per inci kubik (lb/in^3).
• Waktu untuk Delaminasi: Durasi ketahanan bahan dielektrik terhadap efek penyebab delaminasi disebut sebagai "waktu untuk delaminasi," yang menentukan berapa lama waktu yang dibutuhkan lapisan PCB untuk terlepas satu sama lain saat terkena suhu di luar ambang batas tertentu. Bahan PCB — baik itu laminasi atau fiberglass — juga dapat mengalami delaminasi jika terkena sengatan panas atau kelembapan.

Baca Selengkapnya Tentang Flex dan Rigid- Flex Board

Material untuk Pertimbangan IPM

Faktor-faktor seperti foil tembaga berkualitas rendah dan dielektrik dapat memengaruhi mekanisme PCB. Dengan pemilihan bahan dielektrik yang tepat, Anda dapat mencegah papan sirkuit mengirimkan sinyal yang salah.

Sifat molekuler dielektrik dapat membuat sistem Anda rentan terhadap kehilangan. Setiap kali sinyal dihasilkan, medan magnet di dalam molekul bergetar. Efek ini ditentukan oleh ketinggian frekuensi sinyal. Ketika getaran benar-benar terjadi, energi menjadi panas dan akibatnya hilang dalam sistem.

Konduktor tembaga juga bisa menjadi penyebab kerugian dalam suatu sistem. Ketika elektron menyimpang dari pusat konduktor, frekuensinya naik. Sebagai contoh, konduktor tembaga berlapis nikel akan melihat kerugian sebagai sejumlah besar arus yang mengalir melalui nikel, bukan tembaga. Konduktor yang seluruhnya terdiri dari tembaga juga dapat mengalami kerugian jika terdapat tonjolan mikro, karena ini dapat mengirim arus naik dan turun dan menyebabkan hambatan.

Baca Selengkapnya tentang Papan HDI

Fitur Apa yang Dapat Anda Pilih?

Untuk mencegah kehilangan di sistem Anda, periksa opsi Anda di kedua kategori berikut untuk memastikan bahwa Anda memilih bahan yang paling cocok untuk frekuensi tinggi:

• Substrat: Berbagai bahan terkandung di dalam substrat papan sirkuit tercetak, seperti epoksi dan serat kaca. Substrat harus memiliki konstanta dielektrik rendah untuk menghasilkan sirkuit frekuensi tinggi.
• Alat: Ada beberapa jenis foil yang dapat diterapkan pada tembaga. Pilih tembaga yang paling andal dapat meminimalkan resistensi.

Substrat dan foil berkualitas rendah dan tidak cocok dapat menyebabkan kerugian yang mahal, tetapi pilihan yang tepat dapat membantu Anda mendapatkan kinerja PCB yang tahan lama.

Praktik Terbaik dan Pertimbangan Lebih Lanjut

Untuk memilih substrat dan foil terbaik untuk aplikasi frekuensi tinggi, Anda perlu mengingat praktik tertentu:

• Cocokkan dengan Konstanta Dielektrik: Pada papan sirkuit tercetak, Dk dari konstanta dielektrik yang berbeda perlu dicocokkan satu sama lain. Jika Dk bertentangan, masalah kemungkinan akan terjadi. Contoh DK yang tidak cocok dapat berupa resin yang dipasangkan dengan lapisan anyaman.
• Koefisien Kesesuaian Ekspansi Termal (CTE): Dari kualitas substrat yang berhubungan dengan suhu, CTE adalah yang paling penting. Seperti Dk, CTE antara dua substrat harus cocok. Jika tidak, kedua media dapat mengembang pada kecepatan dan konsistensi yang berbeda. Selama proses fabrikasi, CTE yang berbeda dapat menyebabkan cacat. Saat PCB sedang digunakan, CTE yang bentrok dapat berdampak pada Dk.
• Tenunan Substrat Ketat: Substrat harus dijalin dengan erat agar material dan mesh dapat berinteraksi dengan baik. Jika tidak, DK akan terkena dampak negatif.
• Jangan Gunakan FR-4: Karena biayanya yang rendah, FR-4 adalah pilihan umum. Namun, untuk sirkuit yang menghasilkan frekuensi tinggi, FR-4 adalah bahan yang tidak cocok.
• Gunakan Hanya Foil Halus: Untuk mengurangi kerugian pada frekuensi tertinggi, gunakan foil tembaga halus.
• Gunakan Foil Konduktif: Konduktor yang buruk dapat memiliki efek peredam pada sirkuit. Untuk memastikan hal ini tidak terjadi, hanya gunakan foil konduktif yang tepat.

Ketika berbicara tentang PCB, kinerja adalah tentang kualitas, yang hanya dapat Anda pastikan dengan suku cadang berkualitas tinggi dan serasi. Saat Anda melihat katalog dan mempertimbangkan PCB mana yang paling sesuai dengan kebutuhan Anda, perhatikan juga pertimbangan berikut:

• Biaya: Substrat yang berkualitas baik dapat menjadi investasi yang cukup besar. Faktanya adalah, Anda mendapatkan apa yang Anda bayar ketika datang ke papan sirkuit tercetak. Jika Anda tidak mau berinvestasi dengan benar, Anda akan kehilangan jauh lebih banyak karena suku cadang gagal.

• Cacat Produksi: Dengan material apa pun yang dirancang untuk beroperasi pada frekuensi tinggi, selalu bijaksana untuk memeriksa ulang kemungkinan cacat, yang umum terjadi pada PTFE dan material tertentu lainnya.

Saat Anda memilih bahan yang tepat, menginvestasikan jumlah uang tunai yang tepat, dan memeriksa cacat produksi, kemungkinan besar Anda akan mendapatkan kinerja bertahun-tahun tanpa kehilangan papan sirkuit tercetak Anda.

Beli PCB Dari Millennium Circuits Limited

Di Millennium Circuits Limited (MCL), kami menyediakan papan sirkuit tercetak terbaik. Setiap PCB yang kami tawarkan dihargai dengan kompetitif dan direkayasa dengan sempurna. Sebagai pemasok PCB terkemuka di Pennsylvania, adalah misi kami di MCL untuk memberikan layanan terbaik pada volume pesanan dari semua ukuran.

Dari awal kami yang sederhana di ruang bawah tanah Harrisburg, Pennsylvania, hingga kantor pusat kami yang luas saat ini, kami telah menjangkau ratusan pelanggan di seluruh dunia dengan PCB kami yang diproduksi secara ahli. Saat ini, kami menyediakan PCB baik lokal maupun lepas pantai, yang memberikan lebih banyak fleksibilitas kepada pelanggan kami saat mereka memilih MCL sebagai sumber PCB mereka.

Setelah tiga tahun berturut-turut dinobatkan sebagai “Top 50 Fastest Growing Companies in Central PA,” MCL menduduki peringkat di antara 250 perusahaan teratas negara bagian pada tahun 2015 — kemajuan luar biasa untuk sebuah perusahaan yang dimulai hanya 10 tahun sebelumnya dengan niat untuk akhirnya tumbuh menjadi pemasok terkemuka papan sirkuit tercetak. Dengan peringkat kualitas "Luar Biasa" 98 persen dan catatan pengiriman tepat waktu 99 persen kami, tim di MCL dapat memberikan layanan pelanggan terbaik untuk Anda. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang PCB kami, klik ke halaman produk dan layanan kami dan hubungi kami hari ini untuk terhubung dengan perwakilan kami.

Minta Penawaran Gratis