Базовые материалы

Выбор покрытия поверхности и оптимизация проектного решения — это важные шаги в обеспечении качественного функционирования вашей продукции, но заканчивается ли на этом технологический процесс? Нет, т.к. необходимо также убедиться в том, что заданный материал имеется в наличии на предприятии, и что у предприятия имеется сертификат Лаборатории по технике безопасности (США) на использование таких материалов.

Компании NCAB хорошо известно, что, когда речь заходит о материалах, возникает множество различных вариантов, и, учитывая наши технические знания, мы можем направить и помочь вам в выборе материалов и их спецификаций.

Жесткий материал

Как следует указывать спецификацию на материал?

В тех случаях, когда это возможно, мы не рекомендуем указывать лишь одну конкретную марку или тип материала, так как, в конечном счете, это может сузить варианты организации цепочки поставок тех деловых партнеров, которые смогут поддержать такой проект. Причина этого заключается в том, что, хотя и существует множество хорошо известных видов материалов, широко используемых на наших предприятиях, тем не менее, известны случаи, когда некоторые предприятия используют или отдают предпочтение лишь нескольким видам, которые полностью охватывают требуемую спецификацию материалов. Поэтому наличие и фактическая цена могут стать решающими факторами выбора конкретного вида материала.

Это не означает, что в спецификации не следует при этом указывать известные материалы — это далеко не так. Если у вас есть опыт использования материала, который, как вам известно, хорошо подходит для изготовления вашей продукции, то его можно просто указать в спецификации с комментарием «или эквивалентный ему». Тогда технические специалисты и специалисты отделов материально-технического снабжения в подразделениях компании NCAB смогут проанализировать и предложить вам альтернативный вариант, который удовлетворит все функциональные потребности без ущерба для эксплуатационных характеристик продукции.

Каждый хорошо известный производитель материалов ведет классификацию своей продукции в соответствии со стандартом IPC-4101 (спецификация базовых материалов для жестких и многослойных ПП) с целью обеспечить возможность идентификации и классификации эксплуатационных характеристик материалов в данной спецификации. Такой классификационный подход идеален, поскольку он подробно определяет характеристики базового материала, и, обеспечивая возможность следовать классификации материалов по стандарту IPC-4101-ххх, позволяет предприятиям делать обдуманный выбор, гарантирующий наличие ожидаемых эксплуатационных характеристик.
Для получения дополнительной информации о стандарте IPC 4101 или методах разработки спецификации материалов обращайтесь в компанию NCAB Group и мы с удовольствием поможем вам.

Ключевые факторы при определении характеристик материала

При выборе эксплуатационных характеристик базового материала следует учитывать как механические свойства (особенно в связи с тем, как материал будет функционировать при циклическом воздействии температур / пайке), так и электрические свойства этого материала. Как правило, эти факторы наиболее часто учитываются при выборе стандартных видов продукции. В основе данного примечания лежит допущение, что все рассматриваемые материалы соответствуют классу горючести V-0 по стандарту UL.

Ниже указаны ключевые характеристики материалов.

  • 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 greater0
400 through 5991
250 through 3992
175 through 2493
100 through 1744
< 1005

Таблица ниже представляет собой извлечение определенных характеристик классификации по стандарту IPC-4101 с выделением некоторых уже упомянутых данных.

IPC-4101 99101121 124126127 128129130
Tg (min) C150110110150170110150170170
Td (min) C325310310325340310325340340
CTE Z 50-260 C3,5%4%4%3,50%3%4%3,50%3,50%3%
T260 (min) minutes303030303030303030
T288 (min) minutes555515551515
Fillers > 5%YesYesNANAYesYesYesNAYes
Dk/Permittivity (max)5,45,45,45,45,45,45,45,45,4

ИМП — эффективная технология рассеяния тепла

Новые возможности при использовании изолированной металлической подложки

Технологию ИМП можно использовать в условиях выделения большего количества энергии или наличия местных тепловых нагрузок, например, в конструкциях современных приборов со светодиодами высокой интенсивности свечения. Аббревиатура ИМП означает «изолированная металлическая подложка». Это ПП, смонтированная на металлической пластине — как правило, алюминиевой — на которую нанесен специальный препрег, и основными качествами которой являются высочайшая способность к рассеянию тепла и огромная диэлектрическая прочность к высоким напряжениям. Совместно с компанией EBV и рядом других компаний, NCAB приняла участие в разработке демонстрационного изделия. Цель этого мероприятия заключалась в привлечении внимания рынка к возможностям объединения светодиодов высокой интенсивности свечения с технологией ИМП.

Наиболее важная составляющая — теплопроводный препрег — это керамический или заполненный бором материал, специально разработанный для рассеяния большого количества тепла. Его теплопроводность зачастую в 8-12 раз больше, чем у материала FR4.

Преимущества ПП с технологией ИМП в рассеянии тепла

ПП с технологией ИМП может иметь очень низкое тепловое сопротивление. Если, например, сравнить ПП из материала FR4 толщиной 1,60 мм с ПП с технологией ИМП и покрытием из термического препрега толщиной 0,15 мм, можно легко обнаружить, что тепловое сопротивление последнего более чем в 100 раз больше превышает этот показатель у ПП из материала FR4. В изделии из материала FR4 крайне трудно обеспечить рассеяние тепла, даже немного превышающего его предельный уровень теплоотдачи.

Компания NCAB может предложить своим клиентам широкий спектр материалов, удовлетворяющих практически все их потребности, — это относится к конкретным видам продукции, и, как указывалось выше, к их аналогам на основе классификации / характеристик материалов в стандарте IPC-4101. Имеющиеся материалы делятся на четыре категории — стандартные (широко доступные), с улучшенными свойствами (характерные для небольшого числа предприятий), гибкие и ИМП.

Другим решением является, например, формирование переходных отверстий в материале FR4 печатной платы, которые заглушаются теплопроводной пастой, что улучшает ее термические свойства в сравнении с обычной ПП. Зачастую это более эффективное решение с экономической точки зрения в случае использования традиционной технологии с применением материала FR4.

ВАЖНО: При рассмотрении эксплуатационных характеристик базового материала следует учитывать как механические свойства (например, как материал будет себя вести во время операций термоциклирования / пайки), так и электрические свойства материала.

Если у вас есть какие-либо вопросы по базовым материалам, обратитесь к специалистам NCAB.

рекомендации по материалу

Материалы, рекомендуемые для различных условий и технологий, представлены ниже. Однако их стоит рассматривать как приблизительные рекомендации. В равной мере мы рекомендуем, чтобы заказчик оценил свой процесс и определил те факторы, которые должны выдерживать материалы, такие как максимальная температура, время при температуре выше точки плавления с учетом требований для Td, T260 и T288.

Материалы в соответствии с IPC 4101/121 (мин. Tg 130 град. C)

Total thickness ≤ 1.60mm
Number of layers1 to 4
Copper< 70µm

Материалы в соответствии с IPC 4101/99 или /124

Total thickness ≤ 2.40mm
Number of layers6 to 12
Copper≤ 70µm
Blind / Buried vias / µvias

Материалы в соответствии с IPC 4101/126 или /129 

Total thickness>2.40mm
Number of layers12+
Copper> 70µm
Blind / Buried vias / µvias

Практический опыт NCAB показывает, что в условиях контролируемой сборки /пайки и при менее совершенных рабочих условиях материал, который подпадает под IPC-4101C /21, наряду с базовой технологией может работать в бессвинцовой среде.

Более низкие классы материала FR-4, которые одобрены NCAB в перечне материалов на каждом предприятии, будут соответствовать IPC-4101C /21 по большинству показателей, за исключением времени расслоения при T=260 °C или T=288 °C. Данные условия могут потребовать использования материалов более высокого класса.