Memilih Material PCB yang Tepat: Panduan Lengkap

Lompat ke:

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

 

Dengan semua jenis material PCB, tujuannya adalah untuk mengantrik listrik dan menyediakan insulasi di antara lapisan tembung yang mengantrik. FR-4 adalah material yang paling banyak digunakan dalam kategori ini. Namun, kebutuhan papan Anda akan bergantung pada berbagai properti material PCB. Baca panduan pemilihan material PCB berikut untuk mengetahui apa yang harus dicari ketika berkaitan dengan properti termal, listrik, kimia, dan mekanik dari berbagai jenis material PCB.

Opsi, Klasifikasi, dan Pertimbangan Properti Substrat Material PCB

Properti Termal

• Suhu Transisi Kaca (Tg): Substrat PCB melunak saat terpapar suhu di atas ambang tertentu. Substrat akan mengeras kembali ke keadaan alaminya setelah dihilangkan dari panas. Rentang di mana transformasi ini dapat diterapkan pada substrat dikenal sebagai suhu transisi kaca (Tg) — satuan yang dinyatakan dalam derajat Celsius.
• Suhu Dekomposisi (Td): Saat terpapar suhu melewati ambang tertentu, substrat PCB akan terdekomposisi. Dalam prosesnya, PCB kehilangan lima persen atau lebih dari massa keseluruhannya. Rentang suhu di mana proses ini terjadi dikenal sebagai suhu dekomposisi (Td), yang dinyatakan dalam derajat Celsius. Sementara efek transformasi Tg balik sendiri setelah material dihilangkan dari suhu transisi kakanya, efek suhu dekomposisi pada substrat adalah permanen. Sebagai suchnya, sebaiknya gunakan material PCB yang dapat menangani rentang suhu lingkungan kerja Anda. Suhu yang diperlukan untuk mensolder substrat PCB biasanya antara 200° C dan 250° C. Idealmente, Tg harus di bawah rentang tersebut dan Td harus lebih tinggi.
• Koefisien Ekspansi Termal (CTE): Tingkat ekspansi PCB dikenal sebagai CTE-nya. Saat substrat terpapar suhu yang melebihi Tg-nya, material juga akan mengalami kenaikan CTE, yang diukur dalam bagian per juta (ppm). Substrat biasanya akan memiliki CTE yang lebih tinggi daripada lapisan tembung. Perbedaan ini kadang-kadang menjadi sumber masalah konektivitas ketika panas diterapkan. Karena keterbatasan kaca benang di sekitar material PCB, CTE biasanya dalam rentang 10 hingga 20 ppm di sepanjang sumbu X dan Y. Bahkan ketika suhu melewati ambang Tg, CTE tetap sama. CTE harus dijaga sekecil mungkin di sepanjang sumbu karena ini adalah arah di mana material akan berkembang. Untuk aman, CTE 70 ppm atau di bawahnya direkomendasikan.

• Konduktivitas Termal (k): Properti konduktif panas dari PCB dikenal sebagai konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal suatu material secara langsung berkorelasi dengan kemampuan PCB untuk mentransfer panas. Jika tingkat k rendah, tingkat transfer panas juga rendah, dan sebaliknya. Tingkat konduktivitas termal diukur dalam watt per meter (W/M) pada Kelvin (K). Rentang konduktivitas termal untuk banyak material dielektrik adalah antara 0,3 dan 6 W/mk. Perbandingan, tembung memiliki tingkat k sebesar 386 W/M-ºC. Sebagai hasilnya, lapisan tembung membawa panas lebih cepat daripada dielektrik dalam PCB.

Properti Listrik

• Konstanta Dielektrik atau Permitivitas Relatif (Er atau Dk): Dua faktor paling penting yang menentukan kinerja listrik dari konstanta dielektrik adalah impedansi dan integritas sinyal. Konstanta dielektrik (Er) atau permitivitas relatif (Dk) dari material PCB biasanya antara 3,5 dan 5,5. Tingkat Er suatu material bergantung pada frekuensi dan biasanya akan menurun seiring bertambahnya frekuensi. Tingkat Dk berubah lebih sedikit pada beberapa material PCB daripada yang lain. Agar material aman untuk aplikasi yang melibatkan frekuensi tinggi, itu harus mempertahankan konstanta dielektrik yang stabil dalam rentang frekuensi yang luas.

• Tanggen Kerugian Dielektrik atau Faktor Dissipasi (Tan δ atau Df): Suatu material kehilangan daya lebih sedikit jika tanggen kerugiannya rendah. Tanggen kerugian dielektrik (Tan δ) dari material yang digunakan dalam papan sirkuit cetak biasanya dalam rentang 0,02 hingga 0,001. Angka pertama berlaku untuk material yang paling banyak digunakan. Namun, angka kedua biasanya berlaku untuk material kelas atas. Tan δ juga meningkat seiring bertambahnya frekuensi. Ketika berkaitan dengan sirkuit digital, tanggen kerugian biasanya merupakan faktor yang kurang penting. Pengecualian dari aturan ini mencakup aplikasi apa pun di mana tingkat frekuensi melebihi 1 Ghz. Tanggen kerugian lebih berkonsekuensi untuk sinyal analog.
• Resistansi Volume (ρ): Resistansi suatu material dielektrik terhadap insulasi atau listrik dikenal sebagai resistansi volumenya (ρ). Material PCB dengan resistansi tinggi akan kurang mungkin untuk memfasilitasi muatan listrik. Ohm-meter (Ω-m) serta ohm-sentimeter (Ω-cm) digunakan untuk mengukur resistansi dari dielektrik tertentu. Seperti semua insulator dielektrik, material pada papan sirkuit cetak harus memiliki resistansi tinggi, idealnya dalam rentang 10³ hingga 10¹⁰ Megaohm-sentimeter. Faktor eksternal seperti panas, dingin, dan kelembaban dapat mempengaruhi resistansi suatu material.
• Resistansi Permukaan (ρS): Resistansi permukaan suatu material dielektrik terhadap insulasi dan listrik disebut resistansi permukaan (ρS). Seperti dengan tingkat ρ suatu material, ρS harus tinggi, idealnya dalam rentang 10³ hingga 10⁹ cMegaohm per persegi. Seperti dengan ρ, tingkat ρS suatu material dapat dipengaruhi oleh suhu ekstrim dan kelembaban.
• Kekuatan Listrik: Di seluruh arah Z dari papan sirkuit cetak, kemampuan suatu material dielektrik untuk menahan kerusakan listrik dikenal sebagai kekuatan listrik, yang diukur dalam Volt/mil. Sebagian besar material PCB memiliki kekuatan listrik antara 800 V/mil dan 1500 V/mil.

 

Ajukan Kutipan Gratis

 

Daya dan Dampak Panas pada Pemilihan Material PCB

Properti Kimia

• Spesifikasi Kebakaran (UL94): Properti penahan api plastik — juga dikenal sebagai kebakaran plastik — diberi peringkat dari yang tertinggi hingga terendah dalam Standar Keselamatan Kebakaran Bahan Plastik untuk Bagian dalam Perangkat dan Alat Rumah Tangga (UL94). Persyaratan untuk material PCB dalam UL94 menyatakan bahwa spesimen tidak boleh membakar lebih dari 10 detik dengan pembakaran nyala. Untuk serangkaian lima spesimen, spesimen gabungan tidak boleh membakar lebih dari 50 detik dengan pembakaran nyala.
• Serapan Kelembaban: Saat direndam dalam cairan, kemampuan suatu material dielektrik untuk menahan paparan seperti ini disebut serapan kelembaban. Mayoritas material PCB memiliki nilai serapan kelembaban antara 0,01 persen dan 0,20 persen. Properti listrik dan termal suatu dielektrik sama-sama dipengaruhi oleh serapan kelembaban materialnya.
• Resistansi Klorida Metilena: Resistansi kimia suatu material PCB disebut resistansi klorida metilena (MCR), yang paling langsung mengukur resistansi dielektrik terhadap serapan klorida metilena. Dielektrik sering memiliki MCR antara 0,01 persen dan 0,20 persen.

Papan Fleksibel dan Rigid-Flex

Properti Mekanik

• Kekuatan Peel: Kemampuan pengikatan antara lapisan dielektrik dan tembung dalam papan sirkuit cetak dikenal sebagai kekuatan peel. Selama tahap manufaktur PCB, kekuatan peel diuji pada jejak tembung tebal satu ons di bawah ketiga kondisi berikut: setelah stres termal, pada suhu tinggi, dan setelah paparan kimia.
• Kekuatan Lentur: Kemampuan suatu material dielektrik untuk menahan stres fisik tanpa retak disebut kekuatan lentur, yang diukur dalam kilogram per meter persegi atau pound per inci persegi. Untuk menguji kekuatan lentur papan sirkuit cetak, gaya diterapkan di tengah sementara hanya ujung yang didukung. Kekuatan dielektrik juga diukur oleh modulus tarik, yang menentukan rasio stres/regangan dari material PCB dan seberapa baik ia memegang di setiap arah. Modulus tarik sering disebut modulus Young, yang digunakan alih-alih kekuatan lentur oleh beberapa produsen sebagai ukuran kemampuan PCB untuk menahan stres.
• Densitas: Densitas suatu material dielektrik diukur dalam gram per sentimeter kubik (g/cc). Secara bergantian, densitas PCB juga dapat diukur dalam pound per inci kubik (lb/in^3).
• Waktu hingga Delaminasi: Durasi resistansi suatu material dielektrik terhadap efek yang menyebabkan delaminasi disebut “waktu hingga delaminasi,” yang menentukan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk lapisan PCB terlepas satu sama lain saat terpapar suhu di atas ambang tertentu. Material PCB — baik laminasi atau fiberglass — juga dapat mengalami delaminasi jika terpapar stres termal atau kelembaban.

Baca Lebih Lanjut tentang Papan Fleksibel dan Rigid-Flex 

Pertimbangan Material untuk HDI

Faktor seperti foil tembung berkualitas rendah dan dielektrik dapat mempengaruhi mekanisme PCB. Dengan pemilihan material dielektrik yang tepat, Anda dapat mencegah papan sirkuit Anda mengirimkan sinyal yang salah.

Sifat molekular dielektrik dapat membuat sistem Anda rentan terhadap kerugian. Setiap kali sinyal dihasilkan, medan magnet di dalam molekul getir. Efek ini ditentukan oleh tinggi frekuensi sinyal. Ketika getaran terjadi, energi menjadi panas dan akibatnya hilang dalam sistem.

Konduktor tembung juga dapat menjadi penyebab kerugian dalam sistem. Saat elektron menyimpang dari tengah konduktor, frekuensi naik. Misalnya, konduktor tembung yang difinisikan nikel akan mengalami kerugian sejumlah arus yang signifikan mengalir melalui nikel alih-alih tembung. Konduktor yang terdiri sepenuhnya dari tembung juga dapat mengalami kerugian jika ada jerami mikro, karena ini dapat mengirim arus naik turun dan menyebabkan resistansi.

Baca Lebih Lanjut tentang Papan HDI 

Fitur Apa yang Dapat Anda Pilih?

Untuk mencegah kerugian dalam sistem Anda, periksa opsi Anda di kedua kategori berikut untuk memastikan Anda memilih material yang paling cocok untuk frekuensi tinggi:

• Substrat: Berbagai material terkandung dalam substrat papan sirkuit cetak, seperti epoksi dan serat kaca. Substrat harus memiliki konstanta dielektrik rendah untuk menghasilkan sirkuit frekuensi tinggi.
• Foil: Ada beberapa jenis foil yang dapat diterapkan pada tembung. Pilih tembung yang paling dapat mengurangi resistansi dengan andal.

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

Praktik Terbaik dan Pertimbangan Lanjutan

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

• Cocokkan Konstanta Dielektrik: Pada papan sirkuit cetak, Dk dari konstanta dielektrik yang berbeda perlu dicocokkan satu sama lain. Jika Dk bertentangan, kemungkinan masalah akan terjadi. Contoh DK yang tidak cocok dapat berupa hars yang dipadukan dengan lapisan kain benang.
• Cocokkan Koefisien Ekspansi Termal (CTE): Dari properti substrat yang berkaitan dengan suhu, CTE adalah yang paling penting. Seperti dengan Dk, CTE di antara dua substrat harus cocok. Jika tidak, dua substrat mungkin berkembang dengan kecepatan dan konsistensi yang berbeda. Selama proses fabrikanse, CTE yang berbeda dapat menghasilkan cacat. Saat PCB digunakan, CTE yang bertabrakan dapat mempengaruhi Dk.
• Tejam Kain Substrat: Substrat harus dibenang dengan rapat agar material dan jaring dapat berinteraksi dengan benar. Jika tidak, DK akan terpengaruh secara negatif.
• Jangan Gunakan FR-4: Karena biayanya rendah, FR-4 adalah pilihan umum. Namun, untuk sirkuit yang menghasilkan frekuensi tinggi, FR-4 adalah material yang tidak sesuai.
• Gunakan Hanya Foil Halus: Untuk mengurangi kerugian pada frekuensi tertinggi, gunakan foil tembung halus.
• Gunakan Foil Konduktif: Konduktor yang buruk dapat memiliki efek demping pada sirkuit. Untuk memastikan ini tidak terjadi, gunakan hanya foil konduktif yang tepat.

Ketika berkaitan dengan PCB, kinerja adalah tentang kualitas, yang hanya dapat Anda pastikan dengan bagian berkualitas tinggi yang cocok. Saat Anda menelusuri katalog dan mempertimbangkan PCB mana yang paling cocok dengan kebutuhan Anda, pertimbangkan pertimbangan berikut juga:

• Biaya: Substrat berkualitas baik dapat menjadi investasi yang besar. Faktanya, Anda mendapatkan apa yang Anda bayarkan ketika berkaitan dengan papan sirkuit cetak. Jika Anda tidak bersedia untuk berinvestasi dengan baik, Anda berisiko kehilangan lebih banyak di masa depan saat bagian gagal.

• Cacat Manufaktur: Dengan setiap material yang dirancang untuk beroperasi pada frekuensi tinggi, selalu bijaksana untuk memeriksa dua kali apakah ada cacat yang mungkin, yang umum terjadi pada PTFE dan material tertentu lainnya.

Saat Anda memilih material yang tepat, menginvestasikan jumlah uang yang benar, dan memeriksa cacat manufaktur, Anda jauh lebih mungkin mendapatkan bertahun-tahun kinerja tanpa kerugian dari papan sirkuit cetak Anda.

Beli PCB dari Millennium Circuits Limited

Di Millennium Circuits Limited (MCL), kami menyediakan papan sirkuit cetak kelas atas. Setiap PCB yang kami tawarkan dihargai kompetitif dan dirancang sempurna. Sebagai penyedia PCB terkemuka di Pennsylvania, misi kami di MCL adalah memberikan layanan terbaik untuk volume pesanan semua ukuran.

Dari awal modest kami di bawah tanah Harrisburg, Pennsylvania, hingga kantor pusat yang luas saat ini, kami telah mencapai ratusan pelanggan di seluruh dunia dengan PCB yang diproduksi oleh para ahli kami. Hari ini, kami menyediakan PCB baik secara lokal maupun offshore, yang memberikan pelanggan kami lebih banyak fleksibilitas saat mereka memilih MCL sebagai sumber PCB mereka.

Setelah tiga tahun berturut-turut dinamai di antara “50 Perusahaan yang Pertumbuhan Tercepat di Tengah PA,” MCL mendapatkan peringkat di antara 250 perusahaan teratas negara bagian pada tahun 2015 — kemajuan yang luar biasa untuk perusahaan yang baru berdiri 10 tahun sebelumnya dengan niat untuk berkembang menjadi penyedia terkemuka papan sirkuit cetak. Dengan peringkat kualitas “Excellent” 98 persen dan catatan pengiriman tepat waktu 99 persen, tim di MCL dapat menyediakan pelayanan pelanggan terbaik bagi Anda. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang PCB kami, kunjungi halaman produk dan layanan kami dan hubungi kami hari ini untuk terhubung dengan perwakilan kami.

 

Ajukan Kutipan Gratis