Dalam proses reka bentuk PCB, pemilihan bahan PCB bergantung terutamanya pada unsur berikut: kos, prestasi elektrik, kebolehmesinan, keupayaan menahan haba, sijil UL dan lain-lain.
Harga bahan mempengaruhi keseluruhan kos PCB; prestasi elektrik bahan berkait secara langsung dengan integriti isyarat; kebolehkeraan mesin dan keupayaan bahan menahan haba menentukan kebolehpercayaan PCB; keserasian UL bagi bahan merupakan kelebihan dalam permohonan sijil UL. Di antara semua elemen yang perlu dipertimbangkan ini, kebolehkeraan mesin, keupayaan menahan haba dan sijil UL harus diambil kira dalam proses reka bentuk PCB bagi produk dalam semua bidang.
Walau bagaimanapun, bagi PCB dalam rangkaian komunikasi, bahan PCB pada tahap yang berbeza diperlukan disebabkan oleh keperluan pada pelbagai tahap daripada kelajuan tinggi hingga kelajuan rendah. Prestasi elektrik dan kos bahan biasanya saling mempengaruhi antara satu sama lain sehingga bahan dengan kelas yang lebih tinggi lazimnya mempunyai prestasi elektrik yang sangat baik tetapi juga berkos tinggi. Selain itu, perbezaan harga wujud dalam kalangan bahan dengan kelas yang sama disebabkan oleh jenis bahan yang berbeza.
Cara menentukan jenis bahan yang mampu memenuhi keperluan dari segi prestasi elektrik PCB dan pada masa yang sama mengambil kira kawalan kos bergantung pada penilaian dan pengecaman yang tepat terhadap Dk/Df yang mencerminkan parameter prestasi elektrik, padanan kerajang kuprum dengan kekasaran rendah untuk memastikan prestasi elektrik, serta perbezaan kos antara semua jenis bahan.
Oleh itu, dalam artikel ini, dua aspek, iaitu prestasi elektrik dan kos dianalisis dari segi pemilihan bahan PCB.
• Pengenalpastian dan perbandingan antara bahan PCB dari segi prestasi elektrik (Dk/Df)
Untuk memastikan bahan yang dipilih memenuhi keperluan keutuhan isyarat, tugas pertama adalah membuat penilaian dan perbandingan antara bahan PCB dari segi prestasi elektrik (Dk/Df).
a. Pendekatan perbandingan dan piawaian penilaian prestasi elektrik antara bahan-bahan
Perbandingan prestasi elektrik antara bahan daripada pembekal yang berbeza hendaklah dilaksanakan dengan kaedah ujian yang sama dan di bawah keadaan yang sama untuk menyediakan rujukan yang agak objektif.
Walaupun nilai Dk/Df bagi prepreg dan papan teras yang sepadan disediakan dalam spesifikasi yang ditawarkan oleh pembekal, adalah tidak boleh diterima atau tidak saintifik untuk merujuk terus kepada data spesifikasi tersebut. Perbandingan prestasi elektrik sebenar antara bahan PCB harus bergantung pada data eksperimen kerana kaedah ujian dan keadaan ujian adalah berbeza antara satu pembekal dengan yang lain. Walaupun kaedah ujian yang sama digunakan, perbezaan masih berkemungkinan berlaku disebabkan oleh operasi yang berbeza.
Standard penilaian prestasi elektrik bahan PCB ialah nilai Dk dan Df serta kestabilannya pada setiap frekuensi. Dk/Df yang rendah akan mengurangkan kehilangan sisipan dan perlu diambil perhatian bahawa dalam reka bentuk berkelajuan semakin tinggi, Df adalah lebih penting daripada Dk sebagai parameter. Kestabilan merujuk kepada hakikat bahawa Dk/Df tidak sepatutnya berubah dengan ketara apabila frekuensi ujian meningkat, yang tidak menguntungkan bagi integriti isyarat. Formula berikut menunjukkan hubungan antara Dk/Df dan kehilangan sisipan:
b. Sampel perbandingan antara bahan berdasarkan keputusan ujian praktikal
1). Pengumpulan data ujian sampel
Bahan dalam Kelas 0 dan Kelas 1 menunjukkan prestasi elektrik yang lebih baik dan ia hanya digunakan dalam PCB berkelajuan super tinggi. Jadual 1 menunjukkan perbandingan keputusan antara 8 bahan dalam dua kelas selepas ujian Dk/Df.
2). Perbandingan pada Dk
Berdasarkan Jadual 1, jika perbandingan dijalankan mengikut data spesifikasi, turutan Dk sepatutnya 6＞3＞5＞7＞8＞4＞2=1 selaras dengan tahap pengaruhnya.
Walau bagaimanapun, di bawah keadaan yang sama, turutan Dk sepatutnya 6>5>8>3>7>4>2>1 mengikut tahap pengaruhnya, yang merupakan keputusan yang munasabah. Di samping itu, dapat disimpulkan bahawa dengan peningkatan frekuensi ujian, Dk biasanya berubah bersamanya. Berdasarkan keputusan ujian, Dk bagi setiap bahan menunjukkan kestabilan yang sangat baik pada 10GHz dan 15GHz dengan perubahan dalam julat 0.03.
3). Perbandingan pada Df
Berdasarkan Jadual 1, jika perbandingan dijalankan mengikut data spesifikasi, turutan Df sepatutnya ialah 6>5>7>8>3>2=1>4 mengikut tahap pengaruhnya.
Namun, dalam keadaan yang sama, turutan Df sepatutnya 5>8>3>6>4>7>2>1 mengikut tahap pengaruhnya, yang merupakan hasil yang munasabah. Di samping itu, dapat disimpulkan bahawa dengan peningkatan frekuensi ujian, Df biasanya turut meningkat. Berdasarkan keputusan ujian, Df bagi setiap bahan menunjukkan kestabilan yang sangat baik pada 10GHz dan 15GHz dengan perubahannya berada dalam julat 0.0005.
4). Perbandingan dan penilaian prestasi elektrik bahan-bahan
Menurut Bahagian a dalam seksyen ini, bahan No. 5 mempunyai prestasi elektrik terbaik kerana ia mempunyai Df terbaik dan Dk yang agak cemerlang. Seterusnya ialah No. 8 kerana ia berada tepat selepas No. 5 dari segi Dk dan Df. Kemudian ialah No. 3. Walaupun No. 6 mempunyai Dk terbaik, Df hanya berada di kedudukan keempat. Seterusnya ialah No. 4 dan 7. Prestasi elektrik adalah yang paling teruk bagi bahan No. 1. Kesimpulannya, turutan prestasi elektrik sepatutnya ialah 5>8>3>6>4>7>2>1.
• Penggunaan kerajang tembaga dengan kekasaran rendah
Formula di bawah menunjukkan hubungan antara kekasaran kerajang kuprum dengan kesan kulit dan kehilangan konduktor.
Dalam formula ini,akondisi,kasarmerujuk kepada kehilangan sisipan pengalir;RRMSmerujuk kepada kekasaran kerajang kuprum;δmerujuk kepada kesan kulitfmerujuk kepada kekerapan;μdanσmerujuk kepada kekonduksian dan kebolehtelapan bahan.
Berdasarkan formula ini, dapat disimpulkan bahawa peningkatan kekasaran kerajang kuprum akan menyebabkan peningkatan kehilangan konduktor. Kekasaran kerajang kuprum biasa biasanya melebihi 6μm. Disebabkan oleh keperluan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi, kerajang rawatan songsang (RTF) dan kerajang kuprum VLP telah dibangunkan dan digunakan dengan kekasaran kerajang kuprum kira-kira 3μm. Keperluan yang lebih tinggi terhadap isyarat berkelajuan tinggi menggalakkan penggunaan kekasaran 1μm hingga 2μm yang dicirikan oleh HVLP atau kerajang kuprum seumpamanya.
Dalam proses pemilihan bahan PCB, kerajang kuprum dengan kekasaran rendah dikonfigurasikan untuk mengurangkan kehilangan sisipan dan meningkatkan prestasi elektrik bahan. Berdasarkan eksperimen, dapat dirumuskan bahawa bermula dari bahan No. 4, kerajang kuprum RTF atau VLP harus dipilih dan ia boleh dinaik taraf kepada kerajang kuprum HVLP atau yang seumpamanya supaya prestasi elektrik bahan dapat ditingkatkan, kehilangan sisipan konduktor dikurangkan. Perbezaan kehilangan sisipan yang berpunca daripada perbezaan kekasaran kerajang kuprum menjadi semakin ketara dengan peningkatan frekuensi. Konfigurasi kerajang kuprum dengan kekasaran rendah berupaya mengurangkan kehilangan sisipan dalam keadaan frekuensi tinggi.
• Keserasian bahan PCB dengan simulasi keutuhan isyarat serta pengesahan ujian dan penentuan
a. Simulasi keutuhan isyarat untuk mengesahkan keserasian prestasi elektrik bahan PCB
Simulasi keutuhan isyarat berupaya meramalkan prestasi sistem dan menilai keserasian prestasi elektrik bahan. Simulasi hadir dalam dua bentuk: pra-simulasi dan pasca-simulasi.
Prapenyimulasian, juga dipanggil simulasi skematik, merujuk kepada simulasi sebelum reka bentuk. Tujuan prapenyimulasian adalah untuk memahami impedans ciri talian penghantaran, kesan kapasitans lubang tembus dan pengaruh jarak antara talian ke atas isyarat penghantaran, yang akan membantu dalam reka bentuk penghalaan PCB. Pada peringkat ini, Dk/Df bahan PCB juga diambil kira, hanya sebagai penilaian awal.
Penyimulatan selepas merujuk kepada semakan ketepatan selepas reka bentuk susunan lapisan dan peroutingan sebelum fabrikasi PCB. Ia dilaksanakan berdasarkan parameter reka bentuk akhir, merangkumi simulasi kualiti penghantaran dan simulasi gangguan silang. Dengan carta alir penyimulatan selepas ditambah dalam proses reka bentuk PCB, berdasarkan keputusan penyimulatan selepas, dapat ditentukan sama ada prestasi elektrik bahan PCB sebelumnya sesuai atau tidak.
b. Keserasian bahan ditentukan oleh ujian keutuhan isyarat
Ujian keutuhan isyarat yang dijalankan ke atas keseluruhan sistem ialah pemeriksaan terhadap prestasi produk. Bahan dengan kehilangan rendah atau Dk/Df rendah merupakan elemen penting yang perlu dipertimbangkan dalam proses reka bentuk PCB rangkaian komunikasi. Dalam reka bentuk berkelajuan tinggi, Dk/Df bahan PCB banyak menyumbang kepada kehilangan dielektrik kerana Df bahan PCB berkorelasi secara positif dengan kehilangan dielektrik dan Dk juga menyumbang pada tahap tertentu sehingga kehilangan keseluruhan sistem terjejas. Pengoptimuman reka bentuk berdasarkan Dk bahan akan mempengaruhi kesinambungan impedans yang secara langsung akan menjejaskan kehilangan pantulan dan gangguan silang.
Oleh kerana prestasi elektrik bahan PCB sangat mempengaruhi sistem peralatan berkelajuan tinggi, pelaksanaan ujian integriti isyarat sistem termasuk kualiti isyarat rangkaian, keruntuhan jejak dan gangguan elektromagnet adalah mampu membantu menyemak keserasian bahan PCB terdahulu. Kaedah ujian merangkumi meter analisis impedans, penganalisis rangkaian vektor dan reflektor domain masa.
• Perubahan kos PCB yang terhasil daripada perbezaan antara bahan PCB
Untuk memilih bahan berkos rendah daripada pelbagai jenis bahan, perubahan kos PCB yang berpunca daripada perbezaan antara bahan PCB perlu difahami sepenuhnya.
Oleh kerana setiap jenis bahan mempunyai papan teras dan prepreg tersendiri, jika perbandingan harga hanya dilaksanakan pada satu jenis papan teras dan prepreg atau pada jenis yang terhad, penyimpangan akan terhasil dalam proses perbandingan kos antara bahan, yang akan mengelirukan pemilihan bahan PCB. Oleh itu, perbandingan harga mesti dilaksanakan ke atas semua papan teras biasa dan prepreg dengan nilai purata dikira supaya perbezaan harga PCB dapat menjadi jelas.
Perlu diingat bahawa harga PCB juga dipengaruhi oleh parameter reka bentuk yang lain. Artikel ini hanya menumpukan pada peratusan pengurangan kos PCB yang dibawa oleh perbezaan bahan PCB.
a. Perbezaan kos PCB yang disebabkan oleh bahan PCB dengan tahap prestasi elektrik yang berbeza
Melalui simulasi, dapat disimpulkan bahawa penggunaan bahan pada tahap rendah menghasilkan penjimatan kos yang lebih ketara berbanding penggunaan bahan pada tahap tinggi.
b. Perbezaan kos PCB yang disebabkan oleh pemilihan bahan optimum dalam kelas yang sama
Walaupun dalam kelas yang sama, perbezaan harga wujud dalam kalangan bahan-bahan ini. Di bawah kelebihan keserasian prestasi elektrik, bahan dengan kelebihan harga harus digunakan terlebih dahulu supaya kos dapat dijimatkan. Untuk PCBCart, anda boleh menggunakanKalkulator PCBdi mana pelbagai jenis bahan boleh diambil mengikut keperluan reka bentuk anda. Sudah tentu, pemilihan bahan yang berbeza akan membawa kepada hasil sebut harga yang berbeza.
• Simulasi keutuhan isyarat mengelakkan pemilihan bahan PCB yang berlebihan dalam reka bentuk
Dalam proses reka bentuk PCB, jika bahan dengan kelas tinggi digunakan dalam produk yang keutuhan isyaratnya sebenarnya boleh dicapai sepenuhnya dengan bahan kelas rendah, ia akan menyebabkan pembaziran kos PCB, yang dipanggil reka bentuk berlebihan dalam pemilihan bahan PCB.
Melalui simulasi integriti nombor jenis, isu reka bentuk berlebihan dapat dielakkan supaya bahan PCB dengan kelas yang sesuai dapat dipilih, sekali gus menggalakkan penjimatan kos melalui penurunan kelas bahan.
• Aplikasi reka bentuk khas untuk meningkatkan kehilangan sisipan dan kualiti penghantaran isyarat bagi meningkatkan kemungkinan penggunaan bahan dengan kelas rendah
a. Reka bentuk backdrill dan via buta
Backdrill danbuta melalui reka bentukmampu mengurangkan dan menghapuskan pengaruh penghantaran isyarat yang disebabkan oleh penyaduran lubang tembus kerana penyaduran lubang tembus boleh dianggap sebagai satu litar yang dapat meningkatkan kualiti penghantaran isyarat.
b. Kemasan permukaan
Berdasarkan beberapa kajian tentangKemas permukaan PCB, ia boleh disahkan bahawa untuk PCB berkelajuan tinggi, penggunaan kemasan permukaan tanpa nikel membantu mengurangkan kehilangan sisipan sekali gus meningkatkan kemungkinan penggunaan bahan dengan kelas rendah. Kedua-dua OSP dan perak rendaman boleh digunakan oleh PCB berkelajuan tinggi sebagai kemasan permukaan. Selain itu, PCB OSP mempunyai lebih banyak kelebihan kerana kosnya yang rendah.
c. Penggunaan susunan hibrid dengan bahan kelas tinggi dan kelas rendah untuk mengurangkan kelas bahan
Memandangkan beberapa jejak isyarat utama hanya diedarkan pada sesetengah lapisan dalam PCB berkelajuan tinggi, bahan dengan gred rendah atau malah bahan biasa boleh digunakan pada papan teras tanpa talian isyarat berkelajuan tinggi, yang mampu mengurangkan kos dengan ketara.
Dalam peranti rangkaian komunikasi, mengekalkan prestasi elektrik yang tinggi dengan pemilihan bahan PCB yang menjimatkan kos adalah sangat penting. Pereka bentuk perlu mengkaji parameter seperti Dk/Df dan kekasaran permukaan kerajang kuprum dengan cara yang membolehkan mereka mencapai prestasi tertinggi dalam had bajet. Dengan pemilihan bahan yang bijak, adalah mungkin untuk meningkatkan fungsi dan keberkesanan kos peranti berkelajuan tinggi.
PCBCart mengkhusus dalam menawarkan penyelesaian bahan PCB tersuai dengan gabungan sempurna antara prestasi dan keberkesanan kos. Kepakaran dan sumber kami memudahkan pemilihan bahan yang paling sesuai untuk keperluan khusus anda. Hubungi PCBCart hari ini untuk sebut harga terperinci dan ketahui bagaimana kami boleh menyokong projek PCB anda dengan kepakaran kami dalam penyelesaian reka bentuk dan pembuatan.
Minta Sebut Harga Bahan PCB Tersuai Anda daripada PCBCart Sekarang
Sumber Berguna
•Panduan Reka Bentuk Papan Litar Bercetak
•PCB Piawaian Berkualiti Tinggi dengan Pengalaman Lebih 20 Tahun
•Pengenalan kepada PCB dan Pelbagai Jenis Papan Litar
•Keperluan Reka Bentuk PCB SMT Bahagian Empat: Tanda
•Proses Pembuatan PCB – Panduan Langkah demi Langkah
•Soalan Lazim | Pengeluar PCB Profesional PCBCART
