Når du lager et PCB-prosjekt, er et av de første trinnene å definere en PCB-stabling. Med dette må du vite hvilket PCB-materiale du skal bruke. Du vil ikke kunne definere en dielektrisk konstant, som er kritisk for impedanskontrollerte linjer, hvis du ikke har bestemt deg for PCB-materialet ennå.
I tillegg må du ta hensyn til kostnader, mekaniske/elektriske egenskaper, holdbarhet og termiske egenskaper, for å nevne noen. Disse valgene er grunnen til at du trenger en pålitelig PCB-produsent for å hjelpe deg med å ta en avgjørelse. UET PCB (https://uetpcb.com/components-sourcing/) kan hjelpe deg med alt du trenger av PCB-materialer og komponenter.
Ny vs. gammel PCB-materialteknologi i 2026
Med innovasjoner følger ytterligere materialvalg. Denne delen tar for seg de ulike materialene som oppsto i den påfølgende epoken.
FR4
Før i tiden var FR4 det vanligste PCB-materialet. FR4 ble introdusert i 1968 og har vært den universelle standarden innen PCB-fabrikasjon til dags dato. Du vil oppdage at omtrent 70–80 % av PCB-ene i elektronikk bruker FR4 i dag.
FR4-egenskaper:
- Kostnadseffektiv
- Mekanisk sterk
- Stabil dielektrisk konstant
- God elektrisk isolasjon
- God termisk motstand
- God kjemisk motstand
- Lett å lage
FR4 kan imidlertid ha mekaniske og termiske begrensninger. Dette materialet har en stiv struktur og glassovergangstemperatur på Tg = 130 °C – 180 °C. Det har også en dekomponeringstemperatur på Td = 300 °C – 340 °C. Med disse egenskapene er FR4 ikke ment for høye temperaturer og tøffe miljøer. I tillegg har FR4-er en høyere variasjon i dielektrisk konstant (Dk, 4.2 – 4.8) og høyere tangenttap (Df, 0.015 – 0.025), noe som kan forringe signaler når frekvensen øker. Det er derfor andre PCB-materialer brukes i dag, som polyimid, Rogers, PTFE, etc.
polyimide
Det var rundt slutten av 1960-tallet at polyimidfilm ble utviklet for fleksibel elektronikk og luftfartsapplikasjoner. Polyimid tåler bøying og bøying samtidig som det opprettholder motstandsdyktighet mot høye temperaturer og tøffe miljøer. Selv om dette PCB-materialet kan være dyrere å produsere enn FR-4, tilbyr det flere bemerkelsesverdige egenskaper. Polyimid er mye brukt i smarttelefoner, bærbare enheter, nettbrett og bærbare datamaskiner som fleksible eller rigide fleksible PCB-er.
Polyimidegenskaper:
- Ekstrem varmebestandighet
- Veldig fleksibel
- Høy strekkfasthet
- Vibrasjonsbestandig
- Elektrisk stabilitet på tvers av temperatur og frekvens
- Ultratynn og lett
- Høy isolasjonsmotstand
Rogers
På 1980-tallet begynte RF- og mikrobølgeæraen. Med krav til høyere frekvenser trengte PCB-er stabilitet i sine elektriske, termiske og mekaniske egenskaper. Som et resultat ble det utviklet lavtapmaterialer i form av FR4, PTFE og Rogers. Hvert av de nevnte materialene har fordeler i forhold til et RF-frekvensområde, og inkluderer bedre termiske, mekaniske og produksjonsegenskaper. Med dette finner du mange Rogers PCB-er på 4G-, 5G- og IoT-kommunikasjonsenheter.
Eksempler på Roger-materialeegenskaper er Dk (dielektrisk konstant), Df (dissipasjonsfaktor) og Rz/Ra (kobberruhet). Rogers-baserte materialer har for eksempel disse egenskapene:
Rogers eiendommer:
- Lav dielektrisk konstant (Dk/εr) betyr at den kan håndtere raskere signaler, avhengig av materialkvalitet (f.eks. RO4000 – 500 MHz – 20 GHz, RO3000 – 30 GHz, RT/duroid – 40 – 100 GHz)
- Lav tangent ((Df/tan δ)) betyr lavt signaltap ved høyere frekvenser.
- Høy varmeledningsevne og lav varmeutvidelseskoeffisient (CTE) – betyr at den kan fungere som en bedre varmespreder, og at den utvider seg mindre med økende varme.
- Lav fuktighetsabsorpsjon betyr at den kan fungere bra selv i et fuktig miljø.
- Kan opprettholde størrelse og form under visse belastninger
Kostnadsberegning av PCB-materialer
Du bør kunne lage nøyaktige kostnadsberegninger for PCB-fabrikasjon nå som du kjenner forskjellene mellom flere PCB-materialteknologier. Finn fordelene og ulempene ved å bruke de spesifikke PCB-materialene i forhold til kostnad nedenfor.
FR4 fordeler/ulemper
FR4 bør gi deg mest valuta for pengene når det gjelder kostnad. FR4 er ment for nesten alle generelle elektronikkbehov som har frekvenskrav under 1 GHz. På grunn av variasjonen i FR4s Dk (dielektriske konstant) ved høyere frekvenser, er det imidlertid umulig å kontrollere ytelsesavvik over temperaturendringer. Denne egenskapen er kritisk for impedanskontrollerte linjer. I tillegg gir den høyere Df (taps tangent) signaldemping ved høyere frekvenser. Du vil garantert få dårligere antenneeffektivitet hvis du bruker FR4 til applikasjoner med høyere mikrobølge- eller mmbølgefrekvens.
Polyimid fordeler/ulemper
Hvis prosjektet ditt krever bøying og har høye termiske eller mekaniske krav, er polyimid veien å gå. Merk at polyimid, akkurat som FR4, ikke har en høyere tapstangent (Df) (0.0004–0.009) og variabel dielektrisk konstant (Dk). Med dette i betraktning brukes polyimid sjelden til høyfrekvente mikrobølge-/mmbølgeapplikasjoner.
Polyimid er imidlertid utmerket i tøffe miljøer (som innen luftfart, olje og gass og militæret), og du vil definitivt få valuta for pengene. I tillegg vil polyimid tjene deg godt hvis du liker smarttelefoner, bærbare enheter og forseglet, ikke-servicebar elektronikk.
Rogers fordeler/ulemper
Det beste bruksområdet for Rogers-materialer er i PCB-design med høyere mikrobølge-/mm-bølge. Rogers har alle de distinkte fordelene i Dk og Df. I tillegg kan noen Roger-materialer etterligne den enkle produksjonsmuligheten til FR4-PCB-er. Denne egenskapen er en fordel sammenlignet med et annet høyfrekvent materiale kalt PTFE, som er et teflonbasert laminat. PTFE er vanskelig å produsere da det krever ytterligere fabrikasjonsprosesser. PTFE trenger spesielle biter, ekstra plating-adhesjonsmaterialer og krever spesielle flerlagslamineringssykluser. Denne prosessen gjør Rogers til et billigere alternativ til PTFE.
Rogers' materialapplikasjoner inkluderer 4G-, 5G- og IoT-design. 5G kan utvides videre til mmWave (30 GHz til 300 GHz). Det er umulig å bruke FR4- eller polyimidmaterialer i disse PCB-designene. Med dette har Rogers' materialer blitt det foretrukne valget for moderne kommunikasjonssystemer på grunn av deres overlegne RF-ytelse og produksjonsevne.
Konklusjon
FR4, polyimid og Rogers er noen av de mest populære PCB-materialene i dag. Du bør være klar over hvilket materiale du skal bruke til PCB-designene dine. Du bør også alltid ta hensyn til kostnad, spesifikk applikasjon og enkel produksjonsevne i valgene dine. Velg derfor en PCB-produsent med omfattende kunnskap og erfaring på dette feltet, for eksempel UET PCB. UET PCB har vært en pålitelig partner med over 15 års erfaring i elektronikkindustrien.