בעת יצירת פרויקט PCB, אחד הצעדים הראשונים הוא הגדרת מערך PCB. לשם כך, עליכם לדעת באיזה חומר PCB להשתמש. לא תוכלו להגדיר קבוע דיאלקטרי, שהוא קריטי עבור הקווים הנשלטים על ידי עכבה, אם עדיין לא החלטתם על חומר ה-PCB שלכם.
בנוסף, תצטרכו לקחת בחשבון עלות, תכונות מכניות/חשמליות, עמידות, מאפיינים תרמיים, אם למנות רק כמה. בחירות אלו הן הסיבה שאתם זקוקים ליצרן מעגלים מודפסים אמין שיעזור לכם לקבל את ההחלטה שלכם. מעגל מודפס UET (https://uetpcb.com/components-sourcing/) יכולים לעזור לך בכל צרכי בחירת חומרי המעגל המודפס והרכיבים שלך.
טכנולוגיית חומרי PCB חדשה לעומת ישנה בשנת 2026
עם החידושים מגיעה גם בחירת חומרים נוספת. חלק זה עוסק בחומרים השונים שהופיעו בעידן שלאחר מכן.
FR4
בעבר, FR4 היה חומר המעגלים המודפסים הנפוץ ביותר. FR4, שהוצג בשנת 1968, היה הסטנדרט האוניברסלי בייצור מעגלים מודפסים עד היום. תגלו שכ-70-80% ממעגלי המודפסים של האלקטרוניקה משתמשים ב-FR4 כיום.
נכסי FR4:
- עלות אפקטיבית
- חזק מכנית
- קבוע דיאלקטרי יציב
- בידוד חשמלי טוב
- עמידות תרמית טובה
- עמידות כימית טובה
- קל לייצור
עם זאת, ל-FR4 יכולות להיות מגבלות מכניות ותרמיות. לחומר זה מבנה קשיח וטמפרטורת מעבר זכוכיתי של Tg = 130°C – 180°C. כמו כן, יש לו טמפרטורת פירוק של Td = 300°C – 340°C. עם מאפיינים אלה, FR4 אינו מיועד לטמפרטורות גבוהות ולסביבות קשות. בנוסף, ל-FR4 יש שונות גבוהה יותר בקבוע הדיאלקטרי (Dk, 4.2 – 4.8) ואובדן טנגנס גבוה יותר (Df, 0.015 – 0.025), אשר יכול לפגוע באותות ככל שהתדר עולה. זו הסיבה שכיום משתמשים בחומרי PCB אחרים, כגון פוליאימיד, רוג'רס, PTFE וכו'.
פוליאמיד
בסביבות החלק האחרון של שנות ה-1960 פותחה שכבת פוליאימיד עבור יישומי אלקטרוניקה גמישים וחלל. פוליאימיד יכול לעמוד בכיפוף וכיפוף תוך שמירה על עמידות לטמפרטורות גבוהות ובסביבה קשה. למרות שחומר PCB זה יכול להיות יקר יותר לייצור מאשר FR-4, הוא מציע מספר תכונות בולטות. פוליאימיד נמצא בשימוש נרחב בסמארטפונים, מכשירים לבישים, טאבלטים ומחשבים ניידים כ-PCB גמיש או קשיח-גמיש.
תכונות פוליאימיד:
- עמידות בחום קיצונית
- מאוד גמיש
- חוזק מתיחה גבוה
- עמיד בפני רטט
- יציבות חשמלית לאורך טמפרטורה ותדר
- דק במיוחד וקל משקל
- עמידות בידוד גבוהה
רוג'רס
בשנות ה-1980 החל עידן ה-RF והמיקרוגל. עם דרישות תדר גבוהות יותר, מעגלים מודפסים (PCBs) נזקקו ליציבות במאפיינים החשמליים, התרמיים והמכניים שלהם. כתוצאה מכך, פותחו חומרים FR4, PTFE ו-Rogers בעלי הפסדים נמוכים. לכל אחד מהחומרים האמורים יתרונות על פני טווח תדרי RF, והוא כולל תכונות תרמיות, מכניות ויכולת ייצור טובות יותר. עם זאת, תמצאו מעגלים מודפסים רבים של Rogers על התקני תקשורת 4G, 5G ו-IoT.
דוגמאות לתכונות חומרים של רוג'רס הן Dk (קבוע דיאלקטרי), Df (גורם פיזור), ו-Rz/Ra (חספוס נחושת). כדוגמה, לחומרים מבוססי רוג'רס יש את התכונות הבאות:
נכסי רוג'רס:
- קבוע דיאלקטרי נמוך (Dk/εr) פירושו שהוא יכול להכיל אותות מהירים יותר, בהתאם לרמת החומר (למשל, RO4000 – 500 MHz – 20 GHz, RO3000 – 30 GHz, RT/duroid – 40 – 100 GHz)
- משיק נמוך ((Df/tan δ) פירושו אובדן אות נמוך בתדרים גבוהים יותר.
- מוליכות תרמית גבוהה ומקדם התפשטות תרמית (CTE) נמוך - פירושו שהוא יכול לשמש כמפזר חום טוב יותר והוא מתרחב פחות עם עליית החום, בהתאמה.
- ספיגת לחות נמוכה מאפשרת לו לתפקד היטב גם בסביבה לחה.
- יכול לשמור על גודלו וצורתו תחת לחצים מסוימים
תמחור חומרי PCB
כעת, לאחר שאתם מכירים את ההבדלים בין מספר טכנולוגיות חומרי PCB, אתם אמורים להיות מסוגלים לבצע חישוב מדויק של תמחור ייצור PCB. מצאו את היתרונות והחסרונות של שימוש בחומרי PCB הספציפיים ביחס לעלות להלן.
יתרונות/חסרונות של FR4
FR4 אמור לתת לכם את התמורה הטובה ביותר לכסף שלכם מבחינת עלות. FR4 מיועד כמעט לכל דרישה אלקטרונית כללית עם דרישות תדר מתחת ל-1 גיגה-הרץ. עם זאת, בגלל השונות של הקבוע הדיאלקטרי (Dk) של FR4 בתדרים גבוהים יותר, בלתי אפשרי לשלוט בסחף ביצועים על פני שינויי טמפרטורה. מאפיין זה קריטי לקווים מבוקרי עכבה. בנוסף, Df (משיק הפסד) גבוה יותר מציג הנחתה של האות בתדרים גבוהים יותר. סביר להניח שתהיה לכם יעילות אנטנה ירודה יותר אם תשתמשו ב-FR4 עבור יישומי תדר מיקרוגל או גלים מילימטריים גבוהים יותר.
יתרונות/חסרונות של פוליאימיד
אם הפרויקט שלכם דורש כיפוף ויש לו דרישות תרמיות או מכניות גבוהות, פוליאימיד הוא הפתרון. שימו לב שכמו FR4, פוליאימיד לוקה בחסר מבחינת אובדן משיק (Df) (0.0004 - 0.009) וקבוע דיאלקטרי משתנה (Dk). לכן, פוליאימיד משמש לעיתים רחוקות עבור יישומי מיקרוגל / גלים מ"מ בתדר גבוה.
עם זאת, פוליאימיד מצטיין בסביבות קשות (כגון בתחום התעופה, הנפט והגז והצבא), ובהחלט תקבלו תמורה מלאה לכספכם. בנוסף, פוליאימיד ישרת אתכם היטב אם אתם מתעניינים בסמארטפונים, מכשירים לבישים ואלקטרוניקה אטומה שאינה ניתנת לתיקון.
יתרונות/חסרונות של רוג'רס
מקרה השימוש הטוב ביותר בחומרי Rogers הוא בתכנוני PCB בעלי גלי מיקרוגל/מילימטר גבוהים יותר. ל-Rogers יש את כל היתרונות הייחודיים ב-Dk ו-Df. בנוסף, חלק מחומרי Roger יכולים לחקות את קלות הייצור של PCBs FR4. מאפיין זה מהווה יתרון בהשוואה לחומר אחר בתדר גבוה בשם PTFE, שהוא למינציה מבוססת טפלון. PTFE קשה לייצור מכיוון שהוא דורש תהליכי ייצור נוספים. PTFE זקוק לחתיכות מיוחדות, חומרי הידבקות ציפוי נוספים ומחזורי למינציה רב-שכבתיים מיוחדים. תהליך זה הופך את Rogers לחלופה זולה יותר ל-PTFE.
יישומי החומרים של רוג'רס כוללים תכנוני 4G, 5G ו-IoT. 5G יכול להתרחב גם לגלי מילימטר (30 גיגה-הרץ עד 300 גיגה-הרץ). אי אפשר להשתמש בחומרים FR4 או פוליאמיד בתכנוני PCB אלה. כתוצאה מכך, חומרי רוג'רס הפכו לבחירה המועדפת עבור מערכות תקשורת מודרניות בשל ביצועי ה-RF המעולים ויכולת הייצור שלהם.
סיכום
FR4, פוליאמיד ורוג'רס הם חלק מחומרי ה-PCB הפופולריים ביותר כיום. עליכם להיות מודעים לאיזה חומר להשתמש עבור עיצובי ה-PCB שלכם. כמו כן, עליכם תמיד לקחת בחשבון את העלות, היישום הספציפי וקלות הייצור בבחירות שלכם. לשם כך, בחרו יצרן PCB בעל ידע וניסיון נרחבים בתחום זה, כגון UET PCB. UET PCB היא שותפה מהימנה עם למעלה מ-15 שנות ניסיון בתעשיית האלקטרוניקה.