اختيار مادة الـPCB قرارٌ أساسي يؤثر في جودة الإشارة، والموثوقية الحرارية، وقابلية التصنيع، ونجاح المنتج ككل. يشرح هذا الدليل أكثر المواد شيوعًا قيد الاستخدام اليوم، وما هي خصائص كل مادة ومتى تختارها.
نظرة سريعة: جدول مقارنة مواد الـPCB
| المادة | Tg التقريبية (°C) | T260 / T288 (دقيقة) | خسائر الإشارة | الكلفة | الاستخدامات الشائعة / الملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|
| FR-4 قياسي (إيبوكسي) | ~140 | 8–18 / — | متوسطة | اقتصادي | الاستخدامات العامة |
| FR-4 محسّن (إيبوكسي) | ~140 | 20–30 / 5–10 | متوسطة | متوسطة | موثوقية أفضل؛ الطبقات المتعددة |
| FR-4 مملوء (Filled) | ~150 | 25–45 / 6–12 | متوسطة | متوسطة | تمدد حراري أقل؛ تحسين الحفر والموثوقية |
| FR-4 عالي Tg | ~175 | 4–10 / — | متوسطة | متوسطة | تحمّل حراري أعلى؛ مناسب لللحام الخالي من الرصاص |
| FR-4 عالي Tg محسّن | ~175 | 30+ / 7–15 | متوسطة | متوسطة | حرارة + موثوقية؛ متعدد الطبقات عالي الحرارة |
| FR-4 عالي Tg مملوء محسّن | ~175 | 30+ / 8–16 | متوسطة | متوسطة | أفضل تحكّم في معامل التمدد CTE؛ الألواح المعقّدة |
| BT/إيبوكسي (مزيج) | ~190 | 30+ / 2–8 | منخفضة | منخفضة | خسارة منخفضة وثبات جيد؛ HDI وBackplanes |
| PPO/إيبوكسي | ~175 | 30+ / 8–20 | منخفضة | منخفضة | خسارة منخفضة؛ RF/ميكروويف |
| إيبوكسي منخفض Dk/Df – نوع A | ~200 | 30 / 6–12 | منخفضة | منخفضة | السرعات العالية |
| إيبوكسي منخفض Dk/Df – نوع B | ~180 | 30+ / 10–20 | منخفضة | منخفضة | السرعات العالية |
| قاعدة منخفضة Dk/Df محسّنة | ~220 | 30+ / 15–35 | منخفضة | منخفضة | وصلات بمعدلات بيانات عالية |
| بولييميد (PI) | ~260 | 30+ / 30+ | متوسطة | متوسطة | حرارة عالية ومرونة؛ Flex/Rigid-Flex |
| FR-4 عالي Tg خالٍ من الهالوجين | ~175 | 20–30 / 8–12 | متوسطة | متوسطة | صديق للبيئة؛ الاستهلاكي/الصناعي |
ملاحظات:
- Tg = درجة الانتقال الزجاجي. كلما ارتفعت زاد هامشك الحراري.
- T260/T288 = زمن مقاومة الانفصال الطبقي عند 260°/288° مئوية داخل فرن اللحام. الأعلى أفضل.
- Dk/Df = ثابت العزل الكهربائي ومعامل الفقد. الأقل أفضل لسرعات/ترددات أعلى.
كيف تختار مادة الـPCB
ابدأ من احتياجات السرعة:
- ألواح معيارية أقل من 5 Gbps → عائلة FR-4 تكفي غالبًا.
- شبكات عالية السرعة (10–30+ Gbps) → مواد منخفضة Dk/Df أو BT/إيبوكسي.
فكّر في الحرارة:
- تجميع خالٍ من الرصاص يحتاج Tg وT260/T288 أعلى.
- دورات لحام متعددة تتطلب مواد أكثر صلابة حراريًا.
اعتبر عوامل الموثوقية:
- الحشوات (Fillers)، وCTE منخفض، وجودة فتحات/ثقوب جيدة تعزّز الموثوقية.
- البولييميد للحالات ذات الحرارة العالية أو التصاميم المرنة.
الأهداف البيئية:
- اختر خالٍ من الهالوجين عند الحاجة للامتثال التنظيمي أو متطلبات العملاء.
عائلة FR-4 بالتفصيل
FR-4 القياسي وFR-4 المحسّن
FR-4 الإيبوكسي القياسي هو الأكثر انتشارًا والأقل كلفة ويكفي لكثير من التصاميم. يستخدم FR-4 المحسّن أقمشة/Prepregs أفضل لتحسين الأداء الحراري أو الميكانيكي.
الإصدارات المملوءة وعالية Tg
صورة مقطع عبر (Microsection) لفتحة: FR-4 قياسي مقابل FR-4 عالي Tg مملوء
إضافة جزيئات خاملة (Filled) تقلل التمدد الحراري، ما يحسن جودة الحفر والفتحات. رفع Tg يزيد تحمل درجات حرارة اللحام الخالي من الرصاص. الجمع بين عالي Tg ومملوء في المواد المحسّنة يعطي موثوقية أعلى للألواح المعقّدة.
استخدم مشتقات FR-4 للمنتجات العامة، والطبقات المتعددة، والمشاريع الحسّاسة للكلفة.
مواد الخسارة المنخفضة وDk/Df المنخفض
إيبوكسي منخفض Dk/Df (أنواع A وB) والقواعد المحسّنة
عندما تصبح السرعة مهمة، تصبح Dk/Df مهمة أيضًا. خلطات الإيبوكسي منخفضة Dk/Df تمنح أداءً كهربائيًا أفضل من FR-4 القياسي، مع بقاء التصنيع مألوفًا للمصانع.
مناسبة لسلامة الإشارة في الديجيتال عالي السرعة، وSerDes، وروابط البيانات الجادة.
مزيجات BT/إيبوكسي
تمزج راتنج Bismaleimide-Triazine (BT) مع الإيبوكسي لتقديم خسارة منخفضة، وثبات حراري جيد، وCTE منخفض. شائعة في ألواح HDI والـBackplanes.
إن كان تصميمك يحوي مسافات دقيقة، وفيات كثيفة، أو نحاسًا سميكًا، فـBT/إيبوكسي خيار يستحق التقييم.
مواد PPO/إيبوكسي
مزج Polyphenylene Oxide (PPO) مع الإيبوكسي يقلل الخسائر ويحافظ على خواص ميكانيكية جيدة. أكثر شيوعًا في تطبيقات RF/ميكروويف. ليست منخفضة الخسائر مثل PTFE، لكنها توازن بين الخسارة وقابلية التصنيع والكلفة.
اختر هذه المواد في منتجات الاتصالات حيث تهم السرعة والموثوقية معًا.
البولييميد (PI)
البولييميد بوليمر عالي الحرارة بقدرة ممتازة على التحمّل الحراري والأداء في الألواح المرنة. يتحمل دورات حرارية مرتفعة ومتكررة وانحناءات ضيقة، ما يجعله مثاليًا لتصاميم Flex وRigid-Flex.
ملاحظة: لا يكون Dk/Df في البولييميد منخفضًا دائمًا؛ افحص المواصفات الكهربائية إذا كانت لديك وصلات عالية السرعة.
مواد عالية Tg خالية من الهالوجين
تدفع اللوائح البيئية بعض التصاميم نحو رقائق خالٍ من الهالوجين. تعتمد FR-4 عالية Tg خالية من الهالوجين مثبطات لهب صديقة للبيئة، وتحتفظ بالعديد من مزايا FR-4 القياسية مع تحقيق أهداف الامتثال.
اختر الخالي من الهالوجين عندما تفرض المعايير أو متطلبات العملاء ذلك.
شرح المصطلحات الاختبارية
Dk وDf
Dk (ثابت العزل) وDf (عامل الفقد) يصفان سلوك المادة مع الإشارات عالية السرعة. القيم الأقل أفضل للترددات العالية. احرص على مقارنة القيم عند نفس تردد الاختبار.
T260 / T288
مقاييس موثوقية حرارية قياسية في الصناعة. القيم الأعلى تعني مقاومة أفضل للانفصال الطبقي داخل أفران اللحام. للتجميع الخالي من الرصاص، فضّل قيم T260 وT288 الأعلى.
خلاصة
اختيار مادة الـPCB يؤثر في سلامة الإشارة، والموثوقية الحرارية، والكلفة، وقابلية التصنيع. ابدأ من متطلبات الأداء: السرعة، تحمّل الحرارة، تعقيد اللوحة، والأهداف البيئية—ثم اختر المادة التي تحقق التوازن المناسب لمشروعك.
Fast Turn PCBs يمكنها مساعدتك في اختيار المادة المثلى وتصنيع نماذج أولية بسرعة. أرسل ملفات Gerber للحصول على ملاحظات سريعة ودعم DFM.
