Detaljeret forklaring af vigtige PCB-parametre
1. Parametre for elektrisk ydeevne
De elektriske egenskaber ved et printkort har direkte indflydelse på signalintegriteten, især i højfrekvens- og højhastighedskredsløb.
- Dielektrisk konstant (Dk) - Måler et materiales evne til at lagre elektrisk energi. Lavere Dk-værdier (f.eks. PTFE med Dk≈2,2) muliggør hurtigere signaloverførsel, hvilket gør dem ideelle til 5G- og millimeterbølgeapplikationer.
- Dissipationsfaktor (Df/tabstangent) - Angiver tab af signalenergi. Højfrekvente anvendelser (f.eks. radar, satellitkommunikation) kræver Df < 0,005.
- Overflade/volumen-resistivitet - Høj isolationsmodstand (>10¹² Ω-cm) forhindrer lækstrømme, hvilket er afgørende for højspændings-PCB'er (f.eks. strømforsyningsmoduler).
- Nedbrydningsspænding - Standard FR4 tåler ≥20 kV/mm, mens keramiske substrater kan klare op til 50 kV/mm.
- Impedans-kontrol - Højhastigheds-PCB'er (f.eks. DDR5, PCIe 6.0) kræver tæt impedanstolerance (±5%) for at minimere signalrefleksioner.
2. Parametre for termisk ydeevne
Et PCB's varmebestandighed bestemmer dets pålidelighed i miljøer med høje temperaturer, især for blyfri lodning og langtidsstabilitet.
- Glasovergangstemperatur (Tg) - Standard FR4 har Tg≈130°C, mens høj-Tg PCB'er (Tg≥170°C) bruges i bil- og militærelektronik.
- Termisk nedbrydningstemperatur (Td) - Materialer med Td > 325 °C (f.eks. Isola 370HR) foretrækkes til blyfri lodning.
- Termisk ledningsevne - FR4 har en lav varmeledningsevne (~0,3 W/m-K), mens PCB'er med metalkerne (f.eks. aluminium) kan nå op på 10 W/m-K, hvilket gør dem ideelle til LED-køling.
- Koefficient for termisk ekspansion (CTE) - Z-aksens CTE skal være <50 ppm/°C for at forhindre delaminering i flerlags PCB'er (IC-substrater kræver CTE≈6 ppm/°C).
3. Parametre for mekanisk ydeevne
Mekanisk styrke påvirker samleprocesser og langtidsholdbarhed.
- Bøjningsstyrke - Standard FR4 ligger på 400-600 MPa, mens fleksible printkort (polyimid) kræver >200 MPa.
- Skrælningens styrke - Kobberets vedhæftning skal overstige 1,0 N/mm (IPC-standard) for at forhindre, at folien løsner sig under lodning.
- Absorption af vand - Lav fugtabsorption (<0,2%) forhindrer blæredannelse; højfrekvente laminater holder typisk <0,1%.
4. Strukturelle karakteristika
Præcision i produktionen er afgørende for sammenkobling med høj densitet (HDI) og miniaturiserede designs.
- Tolerance for kobbertykkelse - Standard 1 oz kobber har ±10% tolerance, mens præcisionskredsløb kræver ±5%.
- Lag-til-lag-registreringsnøjagtighed - HDI-printkort kræver <25 μm justering, mens standard flerlagskort tillader <50 μm.
- Minimum spor/plads (L/S) - Standardprintkort bruger 0,1 mm/0,1 mm, mens avancerede IC-substrater opnår 20 μm/20 μm.
5. Metrikker til pålidelighedstest
PCB'er skal gennemgå strenge tests for at sikre langtidsstabilitet.
- Modstand mod ledende anodisk filament (CAF) - Evaluerer kortslutningsrisici under fugtige forhold (85°C/85% RH i 1000 timer).
- Isolationsmodstand på overfladen (SIR) - Skal overstige 10⁸ Ω (i henhold til JIS-standarder).
- Test af termisk cykling - Overlever 100 cyklusser (-55 °C til 125 °C) uden at revne (PCB'er til biler kræver strengere test).
6. Overholdelse af miljø- og proceskrav
Miljøbestemmelser (f.eks. RoHS, REACH) driver udviklingen af PCB-materialer.
- Sammenlignende sporingsindeks (CTI) - Medicinsk udstyr har brug for klasse 3 (400-600 V), mens industrielle styringer kræver klasse 2.
- Halogenfri - Klor-/bromindholdet skal være <900 ppm for at reducere giftige emissioner.
- Flammehæmmende egenskaber (UL94) - V-0 er den højeste klassifikation, som er obligatorisk i luft- og rumfart.
Klassificering og udvælgelse af printkort
1. Almindelige PCB-materialer
- FR4 - Standard epoxy-glaslaminat til forbrugerelektronik.
- CEM-3 - Sammensat substrat, omkostningseffektivt til enkle dobbeltsidede printkort.
- PCB'er med høj Tg (Tg≥170°C) - Varmebestandig til bilindustrien og militæret.
- Højfrekvente laminater (f.eks. Rogers RO4003C) - Lav Dk/Df til 5G/radar-applikationer.
- PCB'er med metalkerne (Aluminium/kobber) - Fremragende varmestyring til LED'er og strømmoduler.
2. Sammenligning af PCB-materialekvaliteter
| Materialekvalitet | Karakteristika | Typiske anvendelser |
|---|
| 94HB | Papirbaseret, ikke flammehæmmende | Billig forbrugerelektronik |
| 94V0 | Flammehæmmende papirsubstrat | Kontroltavler til husholdningsapparater |
| CEM-1 | Enkeltsidet glasfiber | Enkle kredsløb |
| CEM-3 | Dobbeltsidet halvglas | Billige dobbeltlags-PCB'er |
| FR4 | Standard glasfiber | Forbrugerelektronik, industriel styring |
| Høj-Tg FR4 | Modstandsdygtig over for høje temperaturer | Biler, rumfart |
3. Hvordan vælger man det rigtige PCB-materiale?
- Højfrekvente anvendelser → Materialer med lav Dk/Df (Rogers, Taconic).
- Omgivelser med høj temperatur → Materialer med høj Tg (≥170°C) eller høj Td (>325°C).
- Varmeafledning med høj effekt → Metalkerne eller FR4 med høj varmeledningsevne.
- Miljøvenlige krav → Halogenfri, RoHS-kompatible materialer.
Valget af PCB-parametre påvirker direkte produktets ydeevne, pålidelighed og omkostninger. Ingeniører skal vælge passende printmaterialer (såsom FR4, CEM-3, høj Tg PCB osv.) baseret på applikationsscenariet (såsom høj frekvens, høj temperatur, høj effekt) og optimere designet for at forbedre signalintegriteten, varmeafledningsevnen og den mekaniske styrke.