Wybór typu powłoki i optymalizacja wzoru projektowego to ważne decyzje dla zapewnienia dobrej wydajności płyty, ale czy to wystarcza? Nie, należy też upewnić się, że wybrany materiał jest w fabryce dostępny i że fabryka ta posiada aprobatę UL na te materiały.
NCAB zdaje sobie sprawę, że w zakresie materiałowym jest wiele opcji. Dzięki naszej wiedzy technicznej możemy pomóc klientowi przy wyborze materiału i specyfikacji materiałowej.
Materiał sztywny
W jaki sposób należy określać wymagania materiałowe?
Zalecamy unikanie w miarę możliwości wyznaczania tylko jednego rodzaju lub typu materiału, ponieważ może to ograniczyć opcje łańcucha dostaw w zakresie fabryk o danych możliwościach wykonawczych. Przyczyną tego stanu jest fakt, że choć nasze fabryki korzystają z wielu dobrze znanych marek popularnych materiałów, w pewnych przypadkach fabryki mogą dysponować szeregiem innych marek materiałów lub preferencji mogących osiągnąć wymagane specyfikacje materiałowe. Dostępność, jak również cena, stają się wówczas czynnikami decydującymi o wyborze marki.
Oczywiście nie oznacza to, że klient nie może wymienić w specyfikacji znanych materiałów. Jeśli klient ma dobre doświadczenia z materiałem, który już sprawdził się w jego produktach, można go wymienić wraz z dodatkiem „lub materiał równoważny”, a technicy i zaopatrzeniowcy firmy NCAB dokonają oceny i zaproponują możliwość alternatywną, która spełni wymagania funkcjonalne bez pogarszania wymogów eksploatacyjnych.
Wyroby każdego dobrze znanego wytwórcy materiałów skatalogowaliśmy zgodnie z IPC 4101 (specyfikacje materiałów bazowych dla sztywnych i wielowarstwowych obwodów drukowanych), co pozwala nam na zidentyfikowanie i zaszeregowanie charakterystyki działania. Podejście katalogowe jest idealne, ponieważ szczegółowo definiuje cechy charakterystyczne materiałów bazowych, i poprzez umożliwienie fabryce stosowania się do zaszeregowania według IPC-4101-xxx pozwala na mądry wybór, co zapewnia uzyskanie oczekiwanych wymogów eksploatacyjnych.
Aby uzyskać dalsze informacje na temat IPC 4101 lub metodyki specyfikacji materiałowej prosimy o kontakt z Grupą NCAB, przyjemnością udzielimy wszelkich informacji.
Czynniki kluczowe przy określaniu charakterystyki materiałowej
Przy wyborze charakterystyki eksploatacyjnej materiału bazowego należy rozważyć zarówno jego właściwości mechaniczne (szczególnie zachowanie w czasie cykli ogrzewania / lutowania), jak i właściwości elektryczne. Są to czynniki rozważane najczęściej przy wyborze produktów standardowych. Zaznaczamy, że stwierdzenie to zakłada, że wszystkie materiały spełniają wymagania UL w zakresie palności na poziomie V-0.
Kluczowe cechy materiału przedstawione są poniżej.
- 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 |
Tabela poniżej zawiera zestawienie niektórych cech zaczerpniętych z klasyfikacji IPC-4101, ilustrując szereg szczegółów opisanych w tym rozdziale.
| 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 |
Izolowane podłoże metalowe (IMS, Insulated Metal Substrate) – technologia umożliwiająca skuteczne rozpraszanie ciepła
Izolowane podłoża metalowe oferują nowe możliwości
Technologia IMS nadaje się do zastosowań wymagających wyższych mocy lub lokalnych obciążeń cieplnych, np. w nowoczesnych konstrukcjach wykorzystujących diody LED wysokiej intensywności. Angielski skrót IMS oznacza „Insulated Metal Substrate” czyli izolowane podłoże metalowe. Płyta PCB zbudowana jest na podłożu metalowym – zwykle z aluminium – na który nkładany jest prepreg Podłoże tego typu ma znakomite właściwości rozpraszające ciepło i dielektryczną dobre właściwości dielektryczne przy wysokich napięciach. Razem z firmą EBV i kilkoma innymi producentami, NCAB Group uczestniczyła w stworzeniu produktu demonstracyjnego. Naszym celem jest zwrócenie uwagi rynku na możliwości, jakie niesie ze sobą połączenie diod LED wysokiej intensywności z technologią IMS.
Najważniejszy składnik – przewodzący ciepło prepreg – to materiał ceramiczny lub inny z dodatkami boru, wyprodukowany specjalnie w celu rozpraszania dużych ilości ciepła. Przewodnictwo cieplne tego materiału jest często 8-12 razy wyższe, niż laminatu FR4.
Zalety izolowanych podłoży metalowych – IMS w odniesieniu do rozpraszania ciepła
Obwód drukowany oparty na technologii IMS może być zaprojektowany z bardzo niską rezystancją cieplną. Jeżeli na przykład porówna się PCB FR4 o grubości 1,60 mm z płytą IMS z prepregiem o grubości 0,15 mm, termiczna rezystancja cielplna płyty IMS będzie ponad 100-krotnie wyższa, niż płyty FR4. W przypadku PCB na FR4, rozpraszanie nawet minimalnie większych ilości ciepła będzie utrudnione.
NCAB Group oferuje szeroki zakres materiałów, wychodząc naprzeciw prawie wszystkim potrzebom klienta – zarówno w przypadku danej marki, jak i materiału zamiennika według standardu IPC-4101. Dostępne materiały zaszeregowane są w czterech grupach – standardowe (szeroko dostępne), zaawansowane (specyficzne dla mniejszej liczby fabryk), giętkie i IMS.
Innym rozwiązaniem jest na przykład połączenie materiału FR4 z przelotkami, które cieplnie wypełnione są pastą przewodzącą, co poprawia właściwości termiczne PCB. Często jest to rozwiązanie bardziej korzystne ze względu na koszty, jako że zastosowana zostaje tradycyjna technologia FR4.
Do przemyślenia:
Rozważając właściwości użytkowe materiału bazowego, należy wziąć pod uwagę zarówno właściwości mechaniczne (szczególnie w odniesieniu do tego, jak materiał powinien się zachowywać podczas cyklu termicznego / lutowania), a także właściwości elektryczne związane z materiałem.
Jeśli masz jakieś pytania dotyczące materiałów podstawowych, skontaktuj się z lokalną firmą NCAB Group.
Zalecenia materiałowe
Poniżej przedstawiono zalecenia materiałowe dotyczące różnych warunków i technologii. Należy jednak pamiętać, że powinny być one postrzegane jako bardzo „przybliżone” zalecenia. Ponadto zalecamy, aby klient ocenił swój proces i określił czynniki, które materiały muszą wytrzymać, takie jak temperatura szczytowa, CTP i uwzględnił wymagania dla Td, T260 i T288.
Materiały zgodnie z IPC 4101/121 (min. Tg 130 Deg. C)
| Total thickness | ≤ 1.60mm |
| Number of layers | 1 to 4 |
| Copper | < 70µm |
Materiał zgodny z IPC 4101/99 lub /124.
| Total thickness | ≤ 2.40mm |
| Number of layers | 6 to 12 |
| Copper | ≤ 70µm |
| Blind / Buried vias / µvias |
Materiał zgodnie z IPC 4101/126 lub /129
| Total thickness | >2.40mm |
| Number of layers | 12+ |
| Copper | > 70µm |
| Blind / Buried vias / µvias |
Doświadczenie praktyczne NCAB pokazuje, że w kontrolowanym środowisku montażu / lutowania i mniej zaawansowanych środowiskach pracy, materiał objęty normą IPC-4101C /21 może, wraz z podstawową technologią, również pracować w środowisku wolnym od ołowiu.
Niższe klasy FR-4, które spółka NCAB zatwierdziła na swojej liście materiałowej w każdej fabryce, będą w zasadzie odpowiadać normie /121 w większości punktów. Wyjątek stanowi czas rozwarstwienia w temperaturze T260 °C lub T288 °C. W tej sytuacji konieczne może okazać się zastosowanie materiałów wysokiej jakości.