Materiali di base per PCB

La selezione della finitura superficiale e l’ottimizzazione del progetto sono passi importanti per garantire il buon funzionamento del prodotto. Ma il processo si conclude qui? No, è necessario anche garantire che il materiale specificato sia disponibile nello stabilimento e che quest’ultimo abbia l’omologazione UL per la gestione di tali materiali.
NCAB sa che ci sono molte opzioni relative ai materiali di base e con la nostra conoscenza tecnica siamo in grado di guidarvi ed assistervi in materia di selezione e specifiche dei materiali.

Materiale rigido

In che modo si deve specificare il materiale?

La nostra raccomandazione è, per quanto possibile, di non specificare una marca o un determinato tipo di materiale perché, in ultima analisi, ciò può limitare le opzioni della catena di fornitura su chi sia in grado di gestire il progetto. La ragione di ciò è che mentre vi sono numerosi marchi ben noti di materiale ampiamente in uso all'interno dei nostri stabilimenti, in alcuni casi alcuni stabilimenti dispongono di varie marche di materiali o preferenze che soddisfano le specifiche del materiale richiesto. Disponibilità e prezzo in effetti possono quindi diventare fattori determinanti per orientare la scelta della marca da utilizzare.

Questo non significa che non sia possibile specificare materiali noti, assolutamente no. Se conoscete un materiale che sapete funzioni per il vostro prodotto, potete semplicemente farvi riferimento con la dicitura "od equivalente". I tecnici di NCAB e le squadre di approvvigionamento possono esaminarlo ed offrivi un’alternativa in grado di soddisfare le esigenze funzionali senza compromettere le prestazioni.

Ogni noto produttore di un materiale farà classificare il proprio prodotto in conformità all’IPC 4101 (specifica per i materiali di base per circuiti stampati rigidi e multistrato), la quale ha lo scopo di identificare e classificare le caratteristiche prestazionali. Ricorrere a questo approccio di categorizzazione è la scelta ideale in quanto definisce le caratteristiche del materiale di base, in dettaglio, e permettendo allo stabilimento di attenersi alla classificazione IPC-4101-xxx consente loro di selezionare a ragion veduta, garantendo così prestazioni non inferiori a quelle attese.

Se desiderate ulteriori informazioni sull’IPC 4101 o sui metodi per la specifica di un materiale, vi invitiamo a contattare il Gruppo NCAB. Saremo lieti di aiutarvi.

I fattori chiave per specificare le caratteristiche del materiale

Se si considerano le caratteristiche prestazionali del materiale di base, occorre tenere in considerazione sia le caratteristiche meccaniche (in particolare in relazione al modo in cui il comportamento del materiale durante i trattamenti termici/le operazioni di saldatura), sia le proprietà elettriche associate al materiale. Questi sono solitamente considerati i fattori più comuni per la selezione dei prodotti standard. Tale considerazione muove dall'assunto che tutto il materiale sia in grado di soddisfare la classe di infiammabilità UL V0.

Le caratteristiche fondamentali dei materiali sono presentate qui di seguito.

  • CTE - Z axis(Co-efficient of thermal expansion): This is a measure of how much the base material will expand when heated. Measured as PPM/degree C (both before and after Tg) and also in % over a temperature range.
  • Td (Decomposition temperature): This is the temperature at which material weight changes by 5%. This parameter determines the thermal survivability of the material.
  • Tg (Glass transition temperature): The temperature at which the material stops acting like a rigid material and begins to behave like a plastic / softer.
  • T260 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 260 degrees C.
  • T288 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 288 degrees C.
  • Dk (Dielectric constant): The ratio of the capacitance using that material as a dielectric, compared to a similar capacitor which has a vacuum as its dielectric.
  • CTI (Comparative tracking Index): A measure of the electrical breakdown properties of an insulating material. It is used for electrical safety assessment of electrical apparatus. Rating can be seen below.
Tracking Index (V) PLC
600 and greater 0
400 through 599 1
250 through 399 2
175 through 249 3
100 through 174 4
< 100 5



La tabella che segue è un estratto di determinate caratteristiche tratte da classificazioni IPC-4101 ed evidenzia alcuni dei dettagli a cui abbiamo fatto riferimento.

IPC-4101 99 101 121 124 126 127 128 129 130
Tg (min) C 150 110 110 150 170 110 150 170 170
Td (min) C 325 310 310 325 340 310 325 340 340
CTE Z 50-260 C 3,5% 4% 4% 3,50% 3% 4% 3,50% 3,50% 3%
T260 (min) minutes 30 30 30 30 30 30 30 30 30
T288 (min) minutes 5 5 5 5 15 5 5 15 15
Fillers > 5% Yes Yes NA NA Yes Yes Yes NA Yes
Dk/Permittivity (max) 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4

 

Insulated Metal Substrate (IMS)

IMS – efficace tecnologia per la dissipazione del calore

Nuove opportunità con il substrato metallico isolato
Per quantità di energia superiori o carichi termici localizzati, ad es. edifici con LED ad alta intensità, è possibile utilizzare la tecnologia IMS. L’acronimo IMS sta per "Insulated Metal Substrate". Si tratta di un PCB costruito su una placca di metallo - solitamente in alluminio - a cui viene applicato un prepreg speciale, le cui caratteristiche principali sono un'eccellente capacità di dissipazione del calore ed un’ottima resistenza di elettrica ad elevate tensioni. Insieme all’EBV ed ad una serie di altre aziende, NCAB ha preso parte allo sviluppo di una demo del prodotto. L'obiettivo è attirare l'attenzione del mercato sulle opportunità per combinare LED ad alta intensità con la tecnologia IMS.

Il componente principale - prepreg termicamente conduttivo - è un materiale contenente fibre ceramiche o di boro, appositamente realizzato per essere in grado di dissipare grandi quantità di calore. La conducibilità termica è spesso 8-12 volte superiore a quella di un FR4. Alcuni famosi produttori di questi materiali sono Bergquist e Laird Technologies.

Bergquist

Bergquist è il leader mondiale nello sviluppo e nella produzione di materiali d’interfaccia termicamente conduttivi. Il substrato metallico isolato (IMS) Thermal Clad è stato sviluppato da Bergquist come soluzione di gestione termica per le odierne applicazioni a montaggio superficiale, che presentano una maggiore densità di potenza e ridotte dimensioni di matrice. Per conoscere meglio i vantaggi offerti da Thermal Clad e le regole di progettazione (link esterno).

Thermagon - Laird Technologies

Laird Technologies è leader a livello mondiale nella progettazione e produzione di materiali d’interfaccia termicamente conduttivi per le costruzioni elettroniche.

I vantaggi dei PCB IMS per la dissipazione del calore

Un PCB IMS può essere progettato con una bassissima resistenza termica. Se, ad esempio, si confronta un PCB con FR4 da 1,60 millimetri con un PCB IMS con prepreg termico da 0,15 mm, si riscontra che la resistenza termica di quest’ultimo è oltre 100 volte superiore a quella del PCB con FR4. Nel prodotto FR4 una maggiore quantità di calore sarebbe molto difficile da dissipare.

NCAB è in grado di offrire una vasta gamma di materiali per soddisfare quasi tutte le esigenze dei clienti, utilizzando la marca esatta da loro proposta oppure, come spiegato sopra, con un prodotto equivalente corrispondente alla classificazione/alle caratteristiche di materiale indicate dall’IPC-4101. I materiali disponibili sono suddivisi in quattro sezioni - standard (ampiamente disponibile), avanzato (specifico per un numero minore di stabilimenti), Flex ed IMS.
Un'altra soluzione, ad esempio, è quella di combinare il materiale FR4 con i vias, che sono collegati con pasta termicamente conduttiva, conferendo al PCB migliori qualità termiche del normale. Quando si ricorre alla tradizionale tecnologia FR4, questa si rivela una soluzione più economica.

Standard Advanced Flex IMS
Sheng Yi Rogers Tai Flex Bergquist
ITEQ Taconic DuPont Laird
Kingboard Isola Thin Flex ITEQ
Elite materials Nelco
NanYa
Pacific
Mitsubishi
Panasonic

OSSERVAZIONI:

Valutando le caratteristiche di prestazione del materiale di base occorre tenere in considerazione sia le caratteristiche meccaniche (in particolare in relazione al modo in cui si comporta il materiale durante i trattamenti termici/le operazioni di saldatura), sia le proprietà elettriche associate al materiale.

Se avete domande specifiche sui materiali di base, vi invitiamo a contattare la vostra sede locale del Gruppo NCAB.