NCAB GROUP

Materialval mönsterkort

Att välja ytbehandling och optimera designen är viktiga steg för att säkerställa din produkts funktion, men räcker det? Nej, du måste även se till att materialet är specificerat, tillgängligt i fabriken och att fabriken är UL-godkänd för att stödja det valda materialet.

Vi vet att det är många val att göra när det gäller material och med vår tekniska kunskap kan vi hjälpa till att guida och stötta i vilka material du ska välja och hur materialet ska specificeras.

Rigid material

Hur ska material specificeras?
Det viktiga är att inte specificera ett visst märke eller typ av material, eftersom detta i slutändan kan begränsa alternativen av tillverkare för produkten. Anledningen till detta är att det finns många välkända märkesmaterial som används allmänt i våra fabriker, men det finns tillfällen när alltför mycket detaljer faktiskt förbjuder de fabriker som stöder materialet, eller som har det tillgängligt på lager, att omedelbart kunna använda det – och många fabriker kommer att ha åsikter när det gäller materialet.

Detta betyder absolut inte att du inte kan ange kända material. Om du har erfarenhet av ett material som du vet fungerar bra för din produkt så kan du enkelt i specen referera med en kommentar ”eller likvärdigt”, så kan NCABs teknikteam granska och erbjuda dig alternativ som klarar de funktionella kraven utan att kompromissa med prestandan.
Alla välkända materialtillverkare har sina produkter kategoriserade enligt IPC 4101 (specifikation för basmaterial för rigid och multilayer) och målet med denna specifikation är att identifiera och kategorisera prestandamöjligheter. Att använda detta kategoriseringssätt är idealiskt eftersom egenskaperna hos basmaterialet definieras i detalj och att låta fabriken följa IPC-4101-xxx kategorin möjliggör för dem att välja på ett klokt sätt och garantera att prestandan blir den förväntade.

Om du vill ha mer information om IPC-4101 eller hjälp med hur man ska specificera materialval, kontakta oss gärna så hjälper vi till.

Viktiga faktorer för att specificera materialegenskaper
När man beaktar egenskaperna hos basmaterialet, bör hänsyn tas till både mekaniska egenskaper (särskilt i förhållande till vad som ska hända med materialet under värmecykling / lödningsoperationer) och även de elektriska egenskaper som förknippas med materialet. Dessa anses normalt sett vara de vanligaste faktorerna för val av standardprodukter. Denna kommentar är baserad på allt material som anses kunna möta UL-brandfarlighet med betyget V-0.

Viktiga materialegenskaper visas nedan.

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

Tabellen nedan är ett utdrag av vissa egenskaper från IPC-4101 klassifikationer, och belyser några av de detaljer som redan refererats till.

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 4% 4% 4% 3,50% 3% 4% 3,50% 3,50% 3%
T260 (min) minutes 30 30 30 30 60 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 – effektiv teknik för värmeavledning

Nya möjligheter med insulated Metal Substrate
För större energimängder eller vid lokal termisk belastning, t ex vid moderna konstruktioner med högeffektslysdioder, kan man använda s.k. IMS-teknik. Förkortningen IMS står för ”Insulated Metal Substrate”. Det är ett mönsterkort uppbyggt av en metallplatta – normalt aluminium – där en kopparfolie limmats fast med ett speciellt prepreg, vars främsta egenskaper är en mycket god värmeledningsförmåga och hög genomslagstålighet mot höga spänningar. NCAB har tillsammans med EBV och en rad andra företag varit med i utvecklingen av en demoprodukt, för att marknaden skall få upp ögonen för möjligheten att kombinera högintensiva lysdioder och IMS-teknologin.

Den viktigaste beståndsdelen – det värmeledande prepreget – är ett keramiskt eller Boronfyllt material speciellt framtaget för att kunna avleda stora mängder värme. Värmekonduktiviteten ligger ofta 8-12 gånger högre än på ett FR4. Några kända tillverkare av dessa material är Bergquist and Laird Technologies.

Bergquist
Bergquist är världsledande i utvecklingen och tillverkningen av termiskt ledande material. Thermal Clad Insulated Metal Substrate (IMS®) utvecklades av Bergquist som en termisk lösning för dagens högeffektsapplikationer där värmeavledning är en viktig aspekt. Läs mer om fördelarna med Thermal Clad och designregler.

Thermagon Laird Technologies
Laird Technologies tillverkar några av de högst rankade termiskt ledande materialen för elektroniska konstruktioner. Läs mer om fördelar och egenskaper med dessa termiska material.

Fördelar med IMS-kort
Ett IMS-kort kan konstrueras med en mycket låg termisk resistans jämfört med FR4. Eftersom det termiska prepreget eller limskiktet är mycket tunt så blir också den termiska resistansen låg.
Om man till exempel skulle jämföra ett 1.60 mm FR4-kort med ett IMS-kort med ett 0.15 mm termiskt prepreg så kan mycket väl den termiska resistansen vara mer än 100 gånger högre än i FR4-korten. I FR4-produkten skulle man ha mycket svårt att leda bort någon större mängd värme.
NCAB erbjuder ett brett utbud av material som täcker nästan varje kundbehov – antingen genom ett exakt angivet materialmärke eller som sagts ovan genom ett motsvarande val baserat på IPC-4101 klassificeringen / materialegenskaper. Materialen kategoriseras i fyra avsnitt: standard (tillgängligt överallt), avancerad (specifika för ett mindre antal fabriker), flex och IMS. En annan lösning är att kombinera FR4-material med t ex vior som pluggats med termiskt konduktiv pasta, vilket ger mönsterkortet bättre termiska egenskaper än normalt. Detta är ofta en mer kostnadseffektiv lösning, då traditionell FR4-teknik används.

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

BRA ATT TÄNKA PÅ:

Vid specificering av materialegenskaper är det viktigt att ta hänsyn till både de mekaniska – särskilt i förhållande till vad som ska hända med materialet under värmecykling / lödningsoperationer – och elektriska egenskaperna hos materialet.

KONTAKTA OSS

Ring oss på 08-584 908 00 så hjälper vi gärna till om du behöver lite mer specifik hjälp!