Nyckelparametrar för PCB-kretskort

Detaljerad förklaring av viktiga PCB-parametrar

1. Parametrar för elektrisk prestanda

De elektriska egenskaperna hos ett mönsterkort påverkar direkt signalintegriteten, särskilt i högfrekvens- och höghastighetskretsar.

• Dielektrisk konstant (Dk) - Mäter ett materials förmåga att lagra elektrisk energi. Lägre Dk-värden (t.ex. PTFE med Dk≈2,2) möjliggör snabbare signalöverföring, vilket gör dem idealiska för 5G- och millimetervågsapplikationer.
• Dissipationsfaktor (Df/Loss Tangent) - Indikerar förlust av signalenergi. Högfrekventa tillämpningar (t.ex. radar, satellitkommunikation) kräver Df < 0,005.
• Resistivitet yta/volym - Hög isoleringsresistans (>10¹² Ω-cm) förhindrar läckströmmar, vilket är avgörande för högspänningskretskort (t.ex. kraftmoduler).
• Nedbrytningsspänning - Standard FR4 klarar ≥20 kV/mm, medan keramiska substrat klarar upp till 50 kV/mm.
• Impedansreglering - Höghastighetskretskort (t.ex. DDR5, PCIe 6.0) kräver snäv impedanstolerans (±5%) för att minimera signalreflektioner.

2. Parametrar för termisk prestanda

Ett mönsterkorts värmebeständighet avgör dess tillförlitlighet i miljöer med höga temperaturer, särskilt för blyfri lödning och långsiktig stabilitet.

• Glasövergångstemperatur (Tg) - Standard FR4 har Tg≈130°C, medan kretskort med hög Tg (Tg≥170°C) används i fordons- och militärelektronik.
• Termisk sönderdelningstemperatur (Td) - Material med Td > 325°C (t.ex. Isola 370HR) är att föredra för blyfri lödning.
• Termisk konduktivitet - FR4 har låg värmeledningsförmåga (~0,3 W/m-K), medan kretskort med metallkärna (t.ex. aluminium) kan nå 10 W/m-K, vilket gör dem idealiska för LED-kylning.
• Koefficient för termisk expansion (CTE) - Z-axelns CTE bör vara <50 ppm/°C för att förhindra delaminering i flerskiktskretskort (IC-substrat kräver CTE≈6 ppm/°C).

3. Parametrar för mekaniska prestanda

Mekanisk hållfasthet påverkar monteringsprocesser och långsiktig hållbarhet.

• Böjhållfasthet - Standard FR4 ligger i intervallet 400-600 MPa, medan flexibla mönsterkort (polyimid) kräver >200 MPa.
• Peel-styrka - Kopparvidhäftningen måste överstiga 1,0 N/mm (IPC-standard) för att förhindra att folien lossnar under lödningen.
• Absorption av vatten - Låg fuktabsorption (<0,2%) förhindrar blåsbildning; högfrekvenslaminat håller normalt <0,1%.

4. Strukturella egenskaper

Precision i tillverkningen är avgörande för sammankoppling med hög densitet (HDI) och miniatyriserade konstruktioner.

• Tolerans för koppartjocklek - Standard 1 oz koppar har ±10% tolerans, medan precisionskretsar kräver ±5%.
• Registreringsnoggrannhet lager till lager - HDI-kretskort kräver <25 μm justering, medan vanliga flerskiktskort tillåter <50 μm.
• Minsta spårvidd/utrymme (L/S) - Standardkretskort använder 0,1 mm/0,1 mm, medan avancerade IC-substrat uppnår 20 μm/20 μm.

5. Metriker för tillförlitlighetstestning

PCB måste genomgå rigorösa tester för att säkerställa långsiktig stabilitet.

• Ledande anodisk filament (CAF) Motstånd - Utvärderar kortslutningsrisker under fuktiga förhållanden (85°C/85% RH i 1000 timmar).
• Isolationsmotstånd på ytan (SIR) - Måste överstiga 10⁸ Ω (enligt JIS-standarder).
• Termisk cykling Testry FördelarKärnbaserad HDI - Överlever 100 cykler (-55°C till 125°C) utan sprickbildning (kretskort för fordonsindustrin kräver strängare tester).

6. Efterlevnad av miljö- och processregler

Miljöbestämmelser (t.ex. RoHS, REACH) driver på utvecklingen av PCB-material.

• Jämförande Tracking Index (CTI) - Medicintekniska produkter behöver klass 3 (400-600 V), medan industriella styrsystem kräver klass 2.
• Halogenfri - Klor-/bromhalten måste vara <900 ppm för att minska giftiga utsläpp.
• Flamskyddande egenskaper (UL94) - V-0 är den högsta klassificeringen, obligatorisk för flyg- och rymdtillämpningar.

Klassificering och urval av kretskort

1. Vanliga PCB-material

• FR4 - Standard epoxiglaslaminat för konsumentelektronik.
• CEM-3 - Kompositsubstrat, kostnadseffektivt för enkla dubbelsidiga mönsterkort.
• PCB med hög Tg-halt (Tg≥170°C) - Värmebeständig för fordons- och militär användning.
• Laminat för högfrekventa tillämpningar (t.ex. Rogers RO4003C) - Låg Dk/Df för 5G/radartillämpningar.
• Kretskort med metallkärna (Aluminium/koppar) - Utmärkt värmehantering för lysdioder och kraftmoduler.

2. Jämförelse av PCB-materialkvaliteter

3. Hur väljer man rätt PCB-material?

• Högfrekventa tillämpningar → Material med låg Dk/Df (Rogers, Taconic).
• Miljöer med hög temperatur → Material med hög Tg (≥170°C) eller hög Td (>325°C).
• Högeffektiv värmeavledning → Metallkärna eller FR4 med hög värmeledningsförmåga.
• Miljövänliga krav → Halogenfria, RoHS-kompatibla material.

Valet av PCB-parametrar påverkar direkt produktens prestanda, tillförlitlighet och kostnad. Ingenjörer måste välja lämpliga kortmaterial (t.ex. FR4, CEM-3, hög Tg PCB, etc.) baserat på applikationsscenariot (t.ex. hög frekvens, hög temperatur, hög effekt) och optimera designen för att förbättra signalintegriteten, värmeavledningsförmågan och den mekaniska styrkan.