Il materiale, solitamente il materiale del substrato per quanto riguarda il PCB (Printed Circuit Board), svolge un ruolo centrale nel PCB poiché ne supporta le principali funzioni e proprietà. Inoltre, il materiale del PCB consente ai PCB di soddisfare requisiti elevati e speciali stabiliti dai prodotti o dai progetti per cui verranno utilizzati. Inoltre, la scelta del materiale ottimale contribuisce a ridurre i costi e a migliorare l’affidabilità dei prodotti.
Elementi da considerare nella selezione dei materiali per PCB
• Temperatura di transizione vetrosa (Tg)
Tg si riferisce alla temperatura alla quale il materiale viene convertito nello stato vetroso. Il Tg standard rimane sopra i 130℃, mentre l’alto Tg è sopra i 170℃ e il medio Tg sopra i 150℃.
Quando si tratta di materiali per PCB, è necessario scegliere un Tg elevato, che dovrebbe essere superiore alla temperatura di esercizio alla quale circola la corrente.
• Coefficiente di dilatazione termica (CTE)
Quando la temperatura di una sostanza aumenta, la sostanza subirà un’espansione o una contrazione. Per quanto riguarda la fabbricazione dei PCB, poiché i CTE negli assi X, Y e nello spessore sono diversi, il PCB tenderà a deformarsi. Inoltre, il foro metallizzato può subire rotture oppure i componenti possono danneggiarsi. Pertanto, il CTE del materiale del substrato dovrebbe essere sufficientemente basso.
• Resistenza al calore
È richiesto che il PCB sia resistente al calore. In generale, i PCB dovrebbero presentare una resistenza al calore di 250℃/50 s, che si applica anche al materiale.
• Planarità
È richiesto che il PCB presenti un’eccellente planarità. Per quanto riguarda l’assemblaggio SMT, è richiesto che il PCB presenti una deformazione inferiore a 0,0075 mm/mm.
• Prestazioni elettriche
I circuiti ad alta frequenza richiedono un materiale PCB con elevata costante dielettrica e bassa perdita dielettrica. Inoltre, la resistenza di isolamento, la rigidità dielettrica e la resistenza all’arco devono essere compatibili con i requisiti del prodotto.
Correlazione tra la selezione del materiale PCB e il prodotto o il settore
Materiale PCBla selezione svolge un ruolo decisivo nel contribuire all’affidabilità del prodotto ed è anche determinata dalla particolarità e dai requisiti del settore.
I prodotti elettronici comunemente utilizzati richiedono un substrato in vetroresina epossidica FR4. Dopotutto, questi prodotti non richiedono requisiti speciali in termini di flessibilità, temperatura e densità.
Per i prodotti elettronici che richiedono requisiti più elevati in termini di temperatura ambientale o flessibilità, si utilizza un substrato in fibra di vetro poliimmidica. Per le alte frequenze, si dovrebbe utilizzare un substrato in fibra di vetro PTFE. Per i PCB che richiedono requisiti più elevati in termini di dissipazione termica, si dovrebbe usare un substrato con base metallica.
Classificazione del materiale del substrato PCB
Laminato rivestito di rame (CCL)è il materiale di substrato PCB più comunemente utilizzato. Il CCL è solitamente composto da foglio di rame, resina e materiale di base e comprende anche diverse categorie.
• CCL rigido
a. CCL fenolico a base di carta
Il CCL fenolico a base di carta ha la storia più lunga e comprende le classi FR2, FR1, XXXPC, XX, XXP, X, XP, XPC ecc. È caratterizzato da un costo così basso da essere ampiamente utilizzato nell’elettronica di consumo, come dispositivi audio o video, e i PCB monofaccia ne costituiscono la maggior parte delle applicazioni.
b. CCL epossidico a base di carta
Il CCL in epossidica a base di carta è ampiamente utilizzato in TV, PC, stampanti, calcolatrici, telecomunicazioni e substrati di alimentazione. Inoltre, è anche impiegato nei PCB metallizzati a foro passante utilizzati per l’elettronica di consumo.
c. CCL in polimero su base cartacea
Il CCL in polimero su base cartacea è anti-CAF e presenta una tonalità di alta qualità, quindi viene principalmente utilizzato nei televisori a colori o negli impianti stereo. È stato sviluppato in Giappone, ma la sua produzione è stata successivamente interrotta.
d. CCL in epossidica in fibra di vetro
Grazie alla sua affidabilità, il CCL in epossidica rinforzata con fibra di vetro è ampiamente utilizzato in CPU, apparecchiature OA, telecomunicazioni e prodotti per la cura medica. Inoltre, grazie alle sue proprietà di isolamento elettrico, resistenza al calore, stabilità dimensionale, resistenza all’umidità e resistenza chimica, il CCL in epossidica rinforzata con fibra di vetro è largamente impiegato nei PCB a doppia faccia con fori passanti. Con la tendenza all’alta densità dei PCB, il CCL in epossidica rinforzata con fibra di vetro è utilizzato anche come materiale nei PCB multistrato, come materiale di base (core) e come prepreg, ecc.
e. CCL composito
La resina nel CCL composito è principalmente costituita da resina epossidica e resina poliestere. Il CCL composito è utilizzato principalmente su PCB monofaccia e PCB a foro passante. Il CCL composito CEM-3 è comunemente impiegato in alcuni settori specifici grazie alla sua affidabilità, resistenza al calore, resistenza all’umidità e stabilità dimensionale. Inoltre, il CCL composito è più adatto per l’assemblaggio SMT su schede PCB sottili.
Che cos'è l'FR4?
FR4 indica il grado di un tipo di materiale ignifugo in grado di spegnersi automaticamente dopo essere stato esposto al fuoco. Pertanto, FR4 non è il nome di un materiale, ma indica un grado di materiale.
Il materiale FR4 può essere classificato in un paio di categorie.
FR4 A1 è destinato principalmente ai prodotti elettronici appartenenti ai settori dei servizi militari, delle telecomunicazioni, dei circuiti digitali, degli strumenti industriali e dell’automobile grazie alla sua elevata qualità e prestazioni.
FR4 A2 è adatto alla maggior parte dei settori industriali perché tutte le sue caratteristiche sono compatibili con i requisiti delle industrie ordinarie, inclusi PC, strumenti, elettrodomestici e prodotti elettronici comuni. Inoltre, comporta costi ridotti, che rappresentano uno dei suoi vantaggi rispetto ad altri tipi di materiale.
FR4 A3 è in grado di soddisfare le esigenze e i requisiti dell’elettronica ordinaria, come giocattoli, calcolatrici, console di gioco e altri comuni prodotti elettronici. Compatibile con le funzioni del prodotto, FR4 A3 consente un prezzo estremamente basso.
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