Печатная плата (ППД) является основным компонентом всех современных электроники, предоставляя платформу для электронных компонентов и цепей. Производительность, долговечность и общая качество ППД в значительной степени зависят от материалов, используемых для ее подложки и сердечника. Это руководство охватывает различные типы материалов для подложки и сердечника ППД, их свойства, области применения и их значение для инженеров, производителей ППД и студентов.
Что такое материалы подложки и сердечника ППД?
В ППД подложка является основным материалом, который предоставляет механическую поддержку для всех электронных компонентов и цепей. Она служит базовым слоем, на который наносятся все другие материалы.
Сердечник обычно относится к материалу, который находится между медными слоями в многослойной ППД. Он служит диэлектрическим средством для разделения проводящих слоев, при этом обеспечивая структурную целостность.
Разница между ППД и подложкой пакета
Хотя как ППД, так и подложки пакетов играют важную роль в электронных устройствах, они выполняют разные функции и предназначены для различных применений.
| Характеристика | ППД | Подложка пакета |
|---|---|---|
| Определение | Плата для монтажа и соединения компонентов | Специальная подложка ППД, служащая базой для упаковки ИС |
| Структура | Несколько слоев меди, изоляции и др. | Используется в высокопроизводительных технологиях упаковки полупроводников (например, BGA, CSP) |
| Функция | Поддерживает и электрически соединяет компоненты | Соединяет ИС с основной ППД |
| Применение | Применяется в различных электронных устройствах | Используется в высокопроизводительных полупроводниковых устройствах |
Типы материалов подложки ППД
- FR4 (Flame Retardant 4)
FR4 — это стеклопластиковая эпоксидная ламинированная плата и самый широко используемый материал для подложки ППД.- Особенности:
- Отличное соотношение прочности и веса
- Хорошая электрическая изоляция
- Огнестойкость
- Высокая механическая и диэлектрическая прочность
- Применение:
- Потребительская электроника, автомобили, промышленное оборудование, телекоммуникации
- Особенности:
- CEM-1 (Compound Epoxy Material)
CEM-1 — это материал на основе бумаги с одним слоем стеклоткани, являющийся более дешевым аналогом FR4.- Особенности:
- Средняя механическая прочность
- Хорошая электрическая изоляция
- Огнестойкость
- Применение:
- Недорогая потребительская электроника, базовые схемы, однослойные ППД
- Особенности:
- Полиимид
Полиимид — это высокопроизводительный пластик, известный своей отличной термостойкостью.- Особенности:
- Отличная стойкость к теплоте
- Высокая гибкость
- Отличная химическая стойкость
- Применение:
- Аэрокосмическая промышленность, военные, медицинские устройства, гибкие ППД
- Особенности:
- Материал Rogers
Материалы Rogers — это высокочастотные ламинированные материалы, известные своими отличными электрическими свойствами.- Особенности:
- Низкая диэлектрическая проницаемость
- Минимальные потери сигнала
- Отличное тепловое управление
- Применение:
- RF/микроволновые ППД, высокоскоростные цифровые приложения, коммуникационные системы
- Особенности:
- PTFE (Политетрафторэтилен)
PTFE (Тефлон) используется в высокочастотных и микроволновых приложениях благодаря своим низким потерям сигнала.- Особенности:
- Низкая диэлектрическая проницаемость
- Высокая химическая стойкость
- Отличная термостойкость
- Применение:
- Высокочастотные схемы, RF/микроволновые ППД, аэрокосмическая промышленность
- Особенности:
Типы материалов сердечника ППД
- Медно-ламинированный материал (CCL)
CCL — это наиболее распространенный материал сердечника, представляющий собой тонкий слой медной фольги, склеенный с диэлектрическим материалом.- Особенности:
- Высокая электрическая проводимость
- Отличная теплопроводность
- Хорошая механическая прочность
- Применение:
- Многослойные ППД, высокоплотные соединения, общая электроника
- Особенности:
- ППД с металлическим сердечником (MCPCB)
MCPCB использует металлическую основу (например, алюминий или медь) для лучшего рассеивания тепла.- Особенности:
- Отличная теплопроводность
- Повышенная прочность
- Улучшенное тепловое управление
- Применение:
- Светодиодное освещение, силовая электроника, автомобильная электроника, умное освещение
- Особенности:
- Керамический сердечник
Керамический сердечник обладает отличными термическими свойствами и идеально подходит для высокотемпературных приложений.- Особенности:
- Отличная теплопроводность
- Высокая механическая прочность
- Отличная термостойкость
- Применение:
- Модуль питания, RF-цепи, высокочастотные приложения
- Особенности:
Сравнение: Подложка ППД против материалов сердечника
| Тип материала | Диэлектрическая проницаемость | Теплопроводность |
|---|---|---|
| FR4 (Субстрат) | 4.5 | 0,3 Вт/м·К |
| СЕМ-1 (Субстрат) | 4.8 | 0,25 Вт/м·К |
| Полиимид (Субстрат) | 3.5 | 0,12 Вт/м·К |
| Материал Роджерса (подложка) | 3.0 | 0,5 Вт/м·К |
| ПТФЭ (тефлон, основа) | 2.1 | 0,25 Вт/м·К |
| Медно-ламинированный материал (CCL, Сердечник) | Не применяется | Отлично |
| ППД с металлическим сердечником (MCPCB, Сердечник) | Не применяется | Отлично |
| Керамический сердечник | Не применяется | Превосходно |
Выбор правильных материалов подложки и сердечника
Выбор подходящих материалов для подложки и сердечника критичен в проектировании ППД, поскольку они напрямую влияют на производительность, долговечность и стоимость конечного продукта. Вот несколько ключевых факторов:
- FR4 является популярным выбором для большинства приложений благодаря своему балансу между производительностью и стоимостью.
- Материалы Rogers или PTFE предпочтительны для высокочастотных схем или сложных условий эксплуатации.
- Керамические сердечники идеально подходят для высоких температур или мощных приложений.
- MCPCBs идеально подходят для теплового управления и широко используются в светодиодном освещении и силовой электронике.
Выбор материалов подложки и сердечника ППД оказывает значительное влияние на производительность и стоимость конечного продукта. Понимание характеристик и применения каждого материала помогает инженерам и конструкторам выбрать наилучшую комбинацию для конкретных нужд, обеспечивая оптимальную работу ППД в заданных условиях.
