Ламинаты создают фундамент
Материалы основы (ламинаты) состоят из слоистого, иногда тканного материала, стекловолокна или бумаги, которые затем склеиваются в единое целое с помощью смолы. Обычно ламинат виден только с краев печатной платы, потому что он покрыт медью, паяльной маской и шелкографией. Однако, тщательная проверка этих краев покажет множество различных слоев, которые создают цельный ламинат. Ламинаты могут быть тоньше за счет использования меньшего количества слоев, но это компромиссное решение снижает жесткость платы. Это может вызвать проблемы производства и монтажа, а также сделает плату более подверженной поломкам из-за чрезмерной гибкости.
Есть несколько различных переменных, которые нужно учитывать при выборе типа ламината, наилучшим образом подходящего для вашей платы. В зависимости от обстоятельств, некоторые из них могут быть более значимыми, чем другие. Как проектировщику, который лучше знает условия, при которых будет использоваться плата, вам необходимо принять решение, что является лучшим для вашего продукта.
Коэффициент теплового расширения (СТЕ) – характеристика, которая описывает насколько плата будет расширяться или сжиматься в зависимости от температуры. Низкий коэффициент указывает на то, что базовый материал не будет значительно расширяться или сжиматься в момент изменений температуры. Медь имеет относительно низкий СТЕ, тогда как ламинаты имеют тенденцию обладать более высокими СТЕ. Для печатных плат СТЕ более применим в вертикальном измерении, поскольку горизонтальное направление ограничено решетчатой конструкцией ламината. Ламинат, который серьезно расширяется с температурой, может вызвать разрывы медных дорожек и отверстий, так как медь не будет расширяться так значительно. Для более тонких двух или четырех слойных плат, это не является серьезной проблемой. Но когда плата значительно толще, а отверстия меньше, особенно если плата будет подвергаться воздействию экстремальных температур, это может быть серьезной недоработкой дизайна. Большинство ламинатов обычно имеют сходные СТЕ, но ламинат из практически чистого политетрафторэтилена (PTFE), более известного как Тефлон, имеет СТЕ в несколько раз больше, чем другие типы ламинатов. Для плат с большим количеством слоев использование большинства PTFE ламинатов неосуществимо.
Температура стеклования (Tg) – это точка, в которой ламинат изменяет свое состояние из твердого и жёсткого, с которым знакомо большинство людей, на более мягкое и пластичное состояние. Хотя технически он еще не плавится, но он теряет строгое соответствие своей первоначальной форме. С более высокими температурами, свойственными бессвинцовым процессам, температура стеклования ламинатов ближе к пороговой и важно позаботиться о том, чтобы не перегреть и не деформировать их. Те же тревоги относятся и к жизни печатной платы, то есть важно быть уверенным в том, что даже не в рабочем состоянии плата никогда не будет испытывать температуры, выше чем ее температура стеклования. В этом случае невоспламеняющийся материал FR4 имеет одну из самых низких Tg среди ламинатов, хотя различные варианты FR4 имеют различные ее уровни.
Диэлектрическая постоянная (Dk) – очень важна, так как ламинат, на котором располагается медь, также обладает электрическими характеристиками, которые могут оказывать влияние на высокочастотные сигналы на плате. Стабильная и предсказуемая Dk позволяет делать более тщательные расчеты, когда дело доходит до разработки финального проекта ПП. FR4 могут значительно отличаться в этих случаях и также сильно завися от температуры. Платы на основе PTFE имеют более предсказуемую диэлектрическую постоянную, и изменение Dk (TcDk) значительно ниже, чем у FR4. По сути, если для Dk платы требуется высокий уровень точности, FR4 обычно не обеспечивает необходимой производительности.
Теплопроводность платы очень важна для тех плат, которые содержат большие поверхностно монтируемые устройства питания. Если схема платы должна действовать как теплоотвод для особенно горячих интегральных схема, то более теплопроводный ламинат поможет меди в отведении тепла от ИС и распределении его на большей площади поверхности для лучшего рассеивания.
Конечно, одной из самых важных характеристик практически для каждой разработки является ее стоимость. FR4 – материал недорогой, легкий в производстве и производится в больших количествах. Другие ламинаты более дороги для производства и с ними сложнее работать, особенно с микроотверстиями и металлизированными отверстиями. Эта сложность проявится для вас в виде увеличения стоимости. Однако, как и все другие упомянутые переменные, это просто один элемент, который необходимо сбалансировать со всеми остальными требованиями.
Данный список переменных – это просто верхушка айсберга различных вариантов влияния ламината на вашу разработку. Если вы хотите выйти за пределы своей схемы и полностью использовать все доступные опции, рассмотрите все эти опции до того, как использоваться стандартный для отрасли материал FR4. Вы можете обнаружить, что FR4 идеально подходит для ваших целей или вы можете с удивлением обнаружить, сколько преимуществ вы получите при использовании другого типа ламината. Однако, вы никогда об этом не узнаете, если не изучите этот вопрос и выясните все для себя.
Источник: go.aapcb.com
