هنگام ایجاد یک پروژه PCB، یکی از اولین مراحل، تعریف چیدمان PCB است. با این کار، باید بدانید از کدام ماده PCB استفاده کنید. اگر هنوز در مورد ماده PCB خود تصمیم نگرفتهاید، نمیتوانید ثابت دیالکتریک را تعریف کنید، که برای خطوط کنترلشده با امپدانس شما بسیار مهم است.
علاوه بر این، شما باید هزینه، خواص مکانیکی/الکتریکی، دوام، ویژگیهای حرارتی و موارد دیگر را نیز در نظر بگیرید. این گزینهها دلیل نیاز شما به یک سازنده PCB قابل اعتماد برای کمک به تصمیمگیریتان هستند. UET PCB (https://uetpcb.com/components-sourcing/) میتواند در تمام انتخاب مواد PCB و نیازهای قطعات به شما کمک کند.
فناوری مواد PCB جدید در مقابل قدیمی در سال 2026
با نوآوریها، انتخاب مواد بیشتری نیز به وجود میآید. این بخش به مواد مختلفی که در دوره بعدی به وجود آمدند، میپردازد.
FR4
در گذشته، FR4 رایجترین ماده برای ساخت PCB بود. FR4 که در سال ۱۹۶۸ معرفی شد، تا به امروز استاندارد جهانی در ساخت PCB بوده است. امروزه حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد از PCB های الکترونیکی از FR4 استفاده میکنند.
خواص FR4:
- مقرون به صرفه
- از نظر مکانیکی قوی
- ثابت دیالکتریک پایدار
- عایق الکتریکی خوب
- مقاومت حرارتی خوب
- مقاومت شیمیایی خوب
- آسان برای ساخت
با این حال، FR4 میتواند محدودیتهای مکانیکی و حرارتی داشته باشد. این ماده دارای ساختار سفت و سخت و دمای انتقال شیشهای Tg = 130 °C - 180 °C است. همچنین دمای تجزیه Td = 300 °C - 340 °C دارد. با این ویژگیها، FR4 برای دماهای بالا و محیطهای خشن مناسب نیست. علاوه بر این، FR4ها دارای تغییرپذیری بالاتری در ثابت دیالکتریک (Dk، 4.2 - 4.8) و تلفات تانژانت بالاتری (Df، 0.015 - 0.025) هستند که میتواند با افزایش فرکانس، سیگنالها را تضعیف کند. به همین دلیل است که امروزه از مواد PCB دیگری مانند پلیآمید، راجرز، PTFE و غیره استفاده میشود.
پلی آمید
تقریباً در اواخر دهه 1960 بود که فیلم پلیآمید برای کاربردهای الکترونیکی انعطافپذیر و هوافضا توسعه داده شد. پلیآمید میتواند در برابر خم شدن و پیچ خوردن مقاومت کند و در عین حال مقاومت در برابر دمای بالا و محیطهای سخت را حفظ کند. اگرچه تولید این ماده PCB میتواند گرانتر از FR-4 باشد، اما چندین ویژگی قابل توجه ارائه میدهد. پلیآمید به طور گسترده در تلفنهای هوشمند، پوشیدنیها، تبلتها و لپتاپها به عنوان PCBهای انعطافپذیر یا انعطافپذیر-سخت استفاده میشود.
خواص پلیآمید:
- مقاومت در برابر حرارت شدید
- بسیار انعطاف پذیر است
- استحکام کششی بالا
- مقاوم در برابر لرزش
- پایداری الکتریکی در دما و فرکانس مختلف
- فوقالعاده نازک و سبک
- مقاومت عایق بالا
راجرز
در دهه ۱۹۸۰، دوران RF و مایکروویو آغاز شد. با توجه به الزامات فرکانس بالاتر، PCBها به پایداری در ویژگیهای الکتریکی، حرارتی و مکانیکی خود نیاز داشتند. در نتیجه، مواد FR4، PTFE و Rogers با تلفات کم توسعه یافتند. هر یک از مواد مذکور نسبت به محدوده فرکانس RF مزایایی دارند و شامل خواص حرارتی، مکانیکی و قابلیت ساخت بهتری هستند. با این اوصاف، PCBهای Rogers زیادی را در دستگاههای ارتباطی ۴G، ۵G و IoT خواهید یافت.
نمونههایی از خواص مواد راجر عبارتند از Dk (ثابت دیالکتریک)، Df (ضریب اتلاف) و Rz/Ra (زبری مس). به عنوان مثال، مواد مبتنی بر راجرز این خواص را دارند:
املاک راجرز:
- ثابت دیالکتریک پایین (Dk/εr) به این معنی است که میتواند سیگنالهای سریعتر را بسته به درجه ماده (مثلاً RO4000 - 500 مگاهرتز - 20 گیگاهرتز، RO3000 - 30 گیگاهرتز، RT/duroid - 40 - 100 گیگاهرتز) در خود جای دهد.
- تانژانت پایین ((Df/tan δ)) به معنی افت سیگنال کم در فرکانسهای بالاتر است.
- رسانایی حرارتی بالا و ضریب انبساط حرارتی (CTE) پایین - به این معنی که میتواند به عنوان پخشکنندهی بهتر گرما عمل کند و با افزایش گرما، کمتر منبسط میشود.
- جذب رطوبت کم به این معنی است که حتی در محیط مرطوب نیز میتواند عملکرد خوبی داشته باشد.
- میتواند اندازه و شکل خود را تحت فشارهای خاص حفظ کند
هزینه مواد PCB
اکنون که تفاوتهای بین چندین فناوری مواد PCB را میدانید، باید بتوانید هزینه دقیق ساخت PCB را محاسبه کنید. مزایا و معایب استفاده از مواد PCB خاص را در رابطه با هزینه در زیر بیابید.
مزایا/معایب FR4
FR4 باید از نظر هزینه، بهترین بازدهی را برای شما داشته باشد. FR4 تقریباً برای هر نیاز الکترونیکی عمومی که نیاز به فرکانس زیر 1 گیگاهرتز دارد، در نظر گرفته شده است. با این حال، به دلیل تغییرپذیری Dk (ثابت دیالکتریک) FR4 در فرکانسهای بالاتر، کنترل رانشهای عملکرد در طول تغییرات دما غیرممکن است. این ویژگی برای خطوط کنترلشده با امپدانس بسیار مهم است. علاوه بر این، Df (تانژانت تلفات) بالاتر، تضعیف سیگنال را در فرکانسهای بالاتر نشان میدهد. اگر از FR4 برای کاربردهای مایکروویو یا فرکانس mmWave بالاتر استفاده کنید، مطمئناً راندمان آنتن ضعیفتری خواهید داشت.
مزایا/معایب پلیآمید
اگر پروژه شما نیاز به خم شدن دارد و الزامات حرارتی یا مکانیکی بالایی دارد، پلیآمید انتخاب مناسبی است. توجه داشته باشید که درست مانند FR4، پلیآمید با تانژانت تلفات (Df) بالاتر (0.0004 - 0.009) و ثابت دیالکتریک متغیر (Dk) از این نظر کم میآورد. با این اوصاف، پلیآمید به ندرت برای کاربردهای مایکروویو/mmWave با فرکانس بالا استفاده میشود.
با این حال، پلیآمید در محیطهای سخت (مانند هوافضا، نفت و گاز و ارتش) میدرخشد و قطعاً ارزش پولتان را خواهد داشت. علاوه بر این، اگر به دنبال گوشیهای هوشمند، پوشیدنیها و لوازم الکترونیکی غیرقابل تعمیر هستید، پلیآمید به خوبی به شما خدمت خواهد کرد.
مزایا/معایب راجرز
بهترین مورد استفاده از مواد راجرز در طراحیهای برد مدار چاپی با فرکانس مایکروویو/موج میلیمتری بالاتر است. راجرز تمام مزایای متمایز در Dk و Df را دارد. علاوه بر این، برخی از مواد راجرز میتوانند سهولت ساخت بردهای مدار چاپی FR4 را تقلید کنند. این ویژگی در مقایسه با ماده دیگری با فرکانس بالا به نام PTFE که یک لمینت مبتنی بر تفلون است، یک مزیت محسوب میشود. تولید PTFE دشوار است زیرا به فرآیندهای ساخت اضافی نیاز دارد. PTFE به قطعات مخصوص، مواد چسبندگی آبکاری اضافی و چرخههای لمینت چند لایه خاص نیاز دارد. این فرآیند، راجرز را به جایگزینی ارزانتر برای PTFE تبدیل میکند.
کاربردهای مواد راجرز شامل طرحهای 4G، 5G و اینترنت اشیا است. 5G میتواند تا mmWave (30 گیگاهرتز تا 300 گیگاهرتز) گسترش یابد. استفاده از مواد FR4 یا Polyimide در این طرحهای PCB غیرممکن است. با این اوصاف، مواد راجرز به دلیل عملکرد RF برتر و قابلیت تولید، به انتخاب ارجح برای سیستمهای ارتباطی مدرن تبدیل شدهاند.
نتیجه
FR4، پلیآمید و راجرز از محبوبترین مواد PCB به روز هستند. شما باید از اینکه از کدام ماده برای طراحی PCB خود استفاده میکنید، آگاه باشید. همچنین، همیشه باید هزینه، کاربرد خاص و سهولت ساخت را در انتخابهای خود در نظر بگیرید. با این اوصاف، سازنده PCB با دانش و تجربه گسترده در این زمینه، مانند UET PCB، را انتخاب کنید. UET PCB با بیش از 15 سال تجربه در صنعت الکترونیک، شریکی قابل اعتماد بوده است.