ПЦБ материјали и технологија за спајање: темељи интегритета и поузданости сигнала

Материјали плоча штампаних кола (ПЦБ) и дизајн спаковања играју критичну улогу у одређивању електричних перформанси, производње, топлотног понашања и дугорочне поузданости електронских производа. Како се брзине података повећавају и интеграција уређаја постаје сложенија, прави избор материјала и планирање спајања еволуирале су од разматрања производње у основне технологије дизајна. Овај чланак представља уобичајене ПЦБ материјале, кључне параметре материјала и практичне принципе дизајна за спајање који се користе у модерним електронским системима.

1. у вези са Преглед ПЦБ материјала

ПЦБ материјали се углавном састоје од диелектричних субстрата, бакарних проводника и система за везивање. Међу њима, диелектрични материјал има најзначајнији утицај на електричне и топлотне перформансе.

1.1 ФР-4 Материјали

ФР-4 је најраспрострањенија ПЦБ субстрата због своје уравнотежене трошкове и перформанси.

· Епоксина смола појачана стакленим влакном

· Типична диелектрична константа (Дк): 4,04,6

· Тангенс губитка (Дф): ~ 0.02

· Погодан за ниске и средње брзине дигиталних кола

Међутим, стандард ФР-4 показује ограничења у апликацијама за брзе или РФ услед већих диелектричких губитака и варијације Дк.

1.2 Материјали за брзину и фреквенцију

За апликације као што су брзи серијски интерфејси и РФ кола, потребни су специјализовани материјали:

· Роџерс, Тацоник, Панасониц Мегтрон, Изола серије

· Нижи Дк (2.83.6) и нижи Дф (<0.005)

· Побољшање интегритета сигнала и смањење губитка уноса

Ови материјали пружају супериорне електричне перформансе на штету веће трошкове и строжих захтјева за производњу.

2. Уколико је потребно. Кључни параметри материјала

Разумевање параметара материјала је од суштинског значаја за правилан дизајн ПЦБ-а.

2.1 Диелектрична константа (Dk)

• Одређује брзину ширења сигнала

· Прорачуна импеданце утицаја

· Мора се узети у обзир варијација са учесталост и температуром

2.2 Фактор распадања (Дф)

· Представља губитак диелектрике

· Критичан за високофреквентни и далекодистанчни пренос сигнала

· Нижи Дф води до мањег слабиња сигнала

2.3 Температура преласка стакла (Tg)

· Температура на којој се смола мења од круте на меку

· Материјали са високим Тг (> 170°C) побољшавају поузданост у лембању без олова и високим температурама

2.4 Коефицијент топлотне експанзије (ЦТЕ)

· Неисправност између ПЦБ-а и компоненти могу изазвати неуспех споја за лемљење

· Ниска ЦТЕ оси З је посебно важна за вишеслојне плоче и виасе

3. Уколико је потребно. Технологија за постављање ПЦБ-а

Стак-ап се односи на вертикални распоред бакарних и диелектричних слојева у ПЦБ-у.

3.1 Основне структуре за спајање

· Двослојни ПЦБ: Једноставан и јефтин, ограничен ЕМИ контрола

· 4 слоја ПЦБ: Сигнал / Земља / Сила / Сигнал (најчешћи)

· 6 слојева и више: Побољшање интегритета сигнала и дистрибуције енергије

Добро дизајнирана стак-ап осигурава контролисану импеданцу и стабилне референтне равнице.

3.2 Однос између сигнала и референтне равни

· Високобрзи слојеви сигнала треба да буду суседни са чврстим површинама земље

· Непрекидне референтне равнице смањују прекиде повратне трајеке

· Избегавајте раздвајање копнених авиона под сигналима велике брзине

3.3 Разматрања у вези са дистрибуцијом енергије

· Специјални енергетски плочи побољшавају стабилност напона

· Тинки диелектрички растојање између снаге и земљишта плоча повећава плоча капацитанце

· Смањује буку на напајању и ЕМИ

4. Уколико је потребно. Контролисана импеданца и планирање спајања

Модерни ПЦБ често захтевају контролисане трагове импеданце као што су:

· 50Ω једнокрајни

· 90Ω или 100Ω диференцијални парови

Прецизна контрола импеданце зависи од:

· Ширина и дебљина трага

· Диелектрична дебљина

· Дк конзистенција

· Грубост површине бакра

Препоручује се рана сарадња са произвођачима ПКБ-а како би се коначно утврдили параметри за складиштење.

5. Постављање Производљивост и трошкови

Иако напредни материјали и сложени стеац-апи побољшавају перформансе, они су такође:

· Повећање трошкова производње

· Продужити време за извршење

· Потребна је строжа контрола процеса

Дизајнери морају балансирати захтеве за перформансе са циљевима трошкова, посебно у масовној производњи.