راهنمای انتخاب جنس مدارچاپی(PCB) و پارامتر های مهم

درباره ما

آذرخش مدار ، نگرشی نوین در صنعت مدار چاپی

آدرس ما

تهران، ولنجک، پارک علم و فناوری دانشگاه شهید بهشتی
تماس بگیرید! 09913935735
support@azarakhshmadar.ir

همه روزه از 7صبح الی 20 شب
support@azarakhshmadar.ir

بستن پیش بارگذاری

18 مه

راهنمای انتخاب جنس مدارچاپی(PCB) و پارامتر های مهم

با خواندن این راهنمای کاربردی، می‌توانید با اطمینان جنس مناسب مدارچاپی PCB را برای پروژه‌های خود انتخاب کنید. در این مقاله در وبسایت آذرخش مدار، ما به اهمیت انتخاب مناسب جنس مدارچاپی PCB برای عملکرد بهینه و پایداری دستگاه‌های الکترونیکی می‌پردازیم. این راهنما، با معرفی انواع مختلف جنس مدارچاپی، ویژگی‌های آن‌ها مانند ثابت دی‌الکتریک، هدایت حرارتی و مقاومت مکانیکی ، به شما کمک می‌کند تا تصمیمات خود را با دانش کامل بگیرید. همچنین، با ارائه نکات مهم و توصیه‌های کاربردی، شما می‌توانید از تجربه و تخصص ما بهره‌مند شده و بهترین جنس مدارچاپی PCB را برای پروژه‌های خود انتخاب کنید. با مطالعه این راهنما، شما قدمی در جهت بهبود عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی خود خواهید برداشت.

ماده زمینه (Substrate Material)

ماده‌ای که زمینه مدارچاپی را تشکیل می‌دهد، باید خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی مناسبی داشته باشد. ماده پایه یا زمینه برای یک مدار چاپی (PCB) یکی از عوامل تعیین کننده کلیدی در عملکرد کلی PCB است. برخی از مواد رایج شامل:

((در ادامه مقاله به بررسی هر کدام از خواص الکتریکی ، مکانیکی و حرارتی بصورت مجزا میپردازیم))

FR4: این نوع از ماده معمولاً برای اغلب PCB ها استفاده می‌شود. FR4 یک ترکیب از رزین اپوکسی و شیشه است که دارای خواص الکتریکی و مکانیکی خوبی است. این ماده مقاوم در برابر حرارت است و به خوبی در برابر حرارت و رطوبت ایستادگی می‌کند. بنابراین، FR4 یک انتخاب عالی برای اکثر برنامه‌های کاربردی است.
Polyimide (PI): پلی ایمید ها به خاطر مقاومت بسیار خوبشان در برابر حرارت بالا و استحکام مکانیکی بالا، معمولاً برای بردهای فلکسی و نیمه فلکسی استفاده می‌شوند. این ماده همچنین تحمل خوبی نسبت به تغییرات حرارتی دارد.
PTFE (تفلون): ماده‌ای است که برای کاربردهایی که نیاز به سیگنال‌های فرکانس بالا دارند مانند RFID و میکروویو استفاده می‌شود. این ماده دارای یک ضریب دی‌الکتریکی پایین است که به منظور حفظ سیگنال‌های فرکانس بالا ضروری است.
آلومینیم: مدارات چاپی آلومینیومی عمدتاً برای بردهای LED و الکترونیک قدرت استفاده می‌شوند، زیرا آلومینیوم به عنوان یک زمینه می‌تواند حرارت را به خوبی منتقل کند.
Ceramic: مدارات چاپی سرامیکی در کاربردهایی که نیاز به استقامت بالا در برابر حرارت، عملکرد عالی در فرکانس بالا و/یا مقاومت بالا در برابر تابش است استفاده می‌شوند. اینها معمولاً در صنایع هوافضا و دفاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هر یک از این مواد پایه خاصیت‌های منحصر به فردی دارند که ممکن است آنها را برای کاربردهای خاص مناسب کند. انتخاب ماده پایه به نیازهای خاص طراحی PCB بستگی دارد.

یه جدول برای مقایسه انواع متریال ها هم نیاز دارم……. بر اساس کاربرد و همچنین تمامی پارامتر های الکتریکی و مکانیکی و … مقایسه شود….

در پروژه های مختلف از چه متریالی استفاده کنم؟

انتخاب مواد PCB (Printed Circuit Board) می تواند بسیار بستگی به نوع محصول یا صنعت مورد نظر داشته باشد. صنایع و محصولات مختلف نیازهای متفاوتی به عملکرد، قابلیت اطمینان، شرایط محیطی، و استانداردهای قانونی دارند. در زیر چند نمونه را می بینید:

الکترونیک مصرفی: در این صنعت، کارآمدی از لحاظ هزینه اغلب اولویت بالایی دارد. FR4، یک لمینات اپوکسی فیبرگلاس، استاندارد است که برای بیشتر محصولات الکترونیک مصرفی استفاده می شود. این ماده هزینه کم، قابلیت اطمینان مناسب و برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود.

تلکامونیکیشن و رادیو فرکانس (RF): در این موارد، مواد با خصوصیات دی‌الکتریکی بهتر و خاصیت تلفات سیگنال کمتر مورد نیاز است. موادی مانند PTFE (Teflon) و مواد خاص آر.اِف. (مانند مواد شرکت راجرز) ممکن است استفاده شوند.

فضا و دفاع: در این صنعت، قابلیت اطمینان بالا در شرایط سخت محیطی اولویت دارد. ممکن است مواد با تحمل دمای بالا (مانند پلی‌ایمید) و مقاومت در برابر تابش یا تحریکات مکانیکی استفاده شوند.

صنعت خودرو: الکترونیک خودرو باید بتواند در شرایط سختی مانند دماهای بالا و پایین، رطوبت، و تحریکات مکانیکی ماندگار باشد. علاوه بر این، برخی از کشورها استانداردهای خاصی را برای الکترونیک خودرو تعیین کرده اند که باید رعایت شوند.

دستگاه های پزشکی: در این صنعت، قابلیت اطمینان بالا و استانداردهای سختگیرانه تری نیاز است. علاوه بر این، محصولات باید به لحاظ بیولوژیکی سازگار باشند و برخی ممکن است نیاز به مقاومت در برابر تابش یا ضد عفونی کردن داشته باشند.

بنابراین، انتخاب ماده مناسب برای PCB بستگی زیادی به صنعت و کاربرد محصول خاص دارد.

ضخامت مدارچاپی (PCB Thickness)

ضخامت مدارچاپی به تاثیراتی مانند استحکام فیزیکی مدار ، انعکاس سیگنال و مدیریت حرارت ارتباط دارد. برای برخی کاربردها، ضخامت های استاندارد مانند 1.6 میلی‌متر استفاده می‌شود، اما ممکن است نیازهای خاصی برای ضخامت مدارچاپی وجود داشته باشد.

کارایی مکانیکی: ضخامت PCB تأثیر زیادی بر استحکام مکانیکی آن دارد.PCB های ضخیم تر معمولاً مقاومت بیشتری در برابر تحریکات مکانیکی دارند، مانند خم شدگی یا تنش های ناشی از نصب قطعات. اما همچنین آنها سنگین تر هستند و ممکن است فضای بیشتری نیاز داشته باشند. همچنین می توانند قطعات سنگین تر الکترونیکی را تحمل کنند.
انعکاس سیگنال: در فرکانس های بالا، امپدانس خطوط انتقال (که بر روی ضخامت مسیر مدار وابسته است) می تواند سبب ایجاد انعکاس سیگنال یا برگشت سیگنال به منبعش شود. این می تواند تداخلاتی ایجاد کند و منجر به کاهش کارایی سیستم شود.
مدیریت حرارت: PCB ها عموماً به عنوان مبدل حرارتی عمل می کنند، و توزیع گرما را از قطعات الکترونیکی به محیط انتقال می دهند. PCB های ضخیم تر می توانند به مدیریت بهتر حرارت کمک کنند، زیرا قادر به انتقال و توزیع بیشتر گرمای تولید شده توسط قطعات الکترونیکی هستند.با این حال، آنها نیز ممکن است زمان بیشتری برای گرم شدن یا خنک شدن نیاز داشته باشند.

در برخی از کاربردها، ممکن است نیاز به ضخامت های خاصی برای PCB باشد. برای مثال، در برخی از محصولات الکترونیکی کوچک (مانند ساعت های هوشمند یا گوشی های موبایل)، ممکن است از PCB های بسیار نازک استفاده شود تا در فضای محدود جای بگیرند. در مقابل، در برخی از برنامه های صنعتی که نیاز به قابلیت اطمینان بسیار بالا دارند (مانند الکترونیک هواپیما یا فضاپیما)، ممکن است از PCB های ضخیم تر استفاده شود تا به آنها استحکام بیشتری بدهد و از PCB در برابر استرس های مکانیکی محافظت کند.

مس (Copper)‌

مس برای مسیرها و اتصالات الکتریکی در مدارچاپی استفاده می‌شود. ضخامت مس، کاربرد مدارچاپی و قابلیت انتقال جریان الکتریکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. معمولاً ضخامت مس بر اساس وزن متر مربع (oz) تعیین می‌شود، مانند 1oz، 2oz و غیره.

عوامل مهمی که باید در نظر گرفته شوند:

مقاومت الکتریکی: در عرض و طول یکسان ، هر چه ضخامت یک مسیر مدار بیشتر باشد، مقاومت الکتریکی آن کمتر خواهد بود. این می تواند منجر به کاهش افت ولتاژ در طول مدار و کاهش گرمای تولید شده توسط مقاومت برقی شود. این برای مدارات با جریان بالا، مانند منابع تغذیه، خصوصاً مهم است.
امپدانس خطوط انتقال: در فرکانس های بالا، امپدانس خطوط انتقال (مانند مدارات مایکروویو و RF) بستگی به ضخامت و طول مسیرهای مدار دارد. برای حفظ سیگنالات نابهنجار و کاهش تداخل، امپدانس خطوط انتقال باید به درستی کنترل شود.

ثابت دی الکتریک (Dielectric Constant)

ثابت الکتریکی ماده زمینه بر انتقال سیگنال‌ها و عملکرد الکتریکی مدار تأثیر می‌گذارد. انتخاب ماده زمینه با ثابت الکتریکی مناسب می‌تواند به عملکرد بهتر سیگنال‌ها و جلوگیری از تشویش‌های الکترومغناطیسی کمک کند.

ثابت دی الکتریک (Dielectric Constant یا Permittivity) یک پارامتر فیزیکی است که نشان دهنده میزان واکنش یک ماده به یک میدان الکتریکی است. در برابر میدان الکتریکی، یک ماده دی الکتریکی توانایی تغییر الکتریکی را دارد، که باعث می شود انرژی در آن ذخیره شود.

در مدارات چاپی (PCBs)، ثابت دی الکتریک ماده‌ی دی‌الکتریکی (که معمولاً بین لایه‌های مس قرار دارد) بسیار مهم است چرا که:

سرعت انتقال سیگنال: سرعتی که یک سیگنال الکتریکی در یک مدار چاپی انتقال پیدا می‌کند بستگی به ثابت دی‌الکتریک ماده دی‌الکتریکی دارد. برای فرکانس‌های بالا و مدارات سریع، این یک عامل مهم برای طراحی مدار است.
امپدانس خطوط انتقال: امپدانس خطوط انتقال، که مهم است برای حفظ انتقال سیگنال‌های بدون تداخل در فرکانس‌های بالا، بستگی به ثابت دی‌الکتریک دارد.
نسبت بین دو الکترود: ثابت دی‌الکتریک ماده دی‌الکتریکی بین دو الکترود (مانند در یک خازن) تعیین کننده ظرفیت خازن است.

به همین دلیل، انتخاب ماده دی‌الکتریکی با ثابت دی‌الکتریک مناسب برای یک PCB می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد الکترونیکی آن داشته باشد.

ثابت دی الکتریک (Dielectric Constant یا Permittivity) یک ویژگی فیزیکی است که نشان دهنده توانایی یک ماده برای ذخیره انرژی الکتروستاتیک در یک میدان الکتریکی است. در مدارات چاپی (PCB)، این پارامتر برای مواد عایقی که بین مسیرهای مدار استفاده می شود (معمولاً ماده ی اپوکسی یا FR4) بسیار مهم است.

ثابت دی الکتریک بر روی سرعت و رفتار سیگنال های الکترونیکی که از طریق مدار عبور می کنند تأثیر می گذارد. در فرکانس های بالا، برخی از ویژگی های مدارات بر روی ثابت دی الکتریک ماده عایق وابسته هستند، از جمله امپدانس خط انتقال، سرعت انتشار سیگنال، و مقدار تأخیر سیگنال.

همچنین، مقدار ثابت دی الکتریک می تواند با تغییر فرکانس، دما، و رطوبت تغییر کند، بنابراین باید این تغییرات را هنگام طراحی مدارات بالا فرکانس یا در شرایط محیطی خاص در نظر گرفت.

برای مثال، در مدارات RF و مایکروویو، که سیگنال ها با فرکانس بسیار بالا انتقال می یابند، انتخاب ماده عایق با ثابت دی الکتریک مناسب برای کنترل دقیق امپدانس خط انتقال و کاهش تداخل سیگنال است که اهمیت بالایی دارد.

ثابت دی‌الکتریک، که گاهی با علامت εr نشان داده می‌شود، یک ویژگی الکترونیکی است که میزان قابلیت یک ماده برای ذخیره انرژی الکترواستاتیک را نشان می‌دهد. در مدار چاپی (PCB)، این ماده عایق برقی یا دی‌الکتریک بین طبقات مس می‌باشد. ثابت دی‌الکتریک برای طراحی PCB های فرکانس بالا و RF بسیار مهم است.

ثابت دی‌الکتریک در برخی از جنبه‌های مهم طراحی و عملکرد PCB تاثیر می‌گذارد:

امپدانس خطوط انتقال: ثابت دی‌الکتریک ماده عایق می‌تواند امپدانس خطوط انتقال را تغییر دهد که می‌تواند به نوبه خود بر کیفیت انتقال سیگنال تاثیر گذارد.
سرعت انتشار سیگنال: سرعتی که سیگنال الکتریکی در PCB انتشار می‌یابد، بر خلاف سرعت نور در خلا، با ثابت دی‌الکتریک ماده عایق کنترل می‌شود.
کاربرد در فرکانس بالا و RF: برای طراحی PCB های فرکانس بالا و RF، باید از مواد دی‌الکتریک با ثابت دی‌الکتریک مناسب و پایدار استفاده شود. این می‌تواند کمک کند به جلوگیری از تغییرات ناخواسته در کیفیت سیگنال و کارایی سیستم.

بنابراین، انتخاب ماده دی‌الکتریک با ثابت دی‌الکتریک مناسب برای یک PCB می‌تواند بر عملکرد و کارایی آن تاثیر قابل توجهی داشته باشد.

تحمل حرارت (Thermal Capability)

برای کاربردهایی که نیاز به مدیریت حرارت دارند، انتخاب مدارچاپی با تحمل حرارت مناسب بسیار مهم است. مدارچاپی باید بتواند در دماهای بالا کار کند و از جنس مطلوب برای انتقال حرارت به منظور جلوگیری از آسیب به عناصر الکترونیکی استفاده کند.

TG (Glass Transition Temperature): یک خصوصیت مهم در مواد مدار چاپی (PCB) است. این مقدار دمایی است که در آن یک ماده از حالت جامد به حالت لاستیکی یا نیمه جامد تغییر می‌کند. در این حالت، ماده شروع به انقباض و گسترش می‌کند و خواص فیزیکی آن تغییر می‌کند.

TG برای PCB ها مهم است زیرا تعیین می‌کند که چقدر حرارت می‌تواند توسط PCB تحمل شود قبل از اینکه خصوصیات آن تغییر کند. برای مثال، اگر یک PCB در محیطی با دمای بالاتر از TG خود قرار گیرد، ممکن است تغییر حالت بدهد ، که می‌تواند به خرابی مدار یا عملکرد نامناسب منجر شود. بنابراین، TG یک پارامتر مهم در انتخاب ماده مناسب برای ساخت PCB برای کاربرد خاص شما است.

معمولاً، ماده‌ای با TG بالاتر برای کاربردهایی که نیاز به تحمل حرارت بالا دارند، مانند ابزارهای نیروگاهی یا برخی از برنامه‌های نظامی، مناسب‌تر است. در مقابل، ماده‌ای با TG پایین‌تر ممکن است کافی باشد برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای کمتر عمل می‌کنند، مانند ابزارهای مصرفی روزمره.

CTE (Coefficient of Thermal Expansion): این ضریب نشان دهنده اندازه تغییر شکل یک ماده در پاسخ به تغییرات دما است. برای PCB ها، این بسیار مهم است زیرا مواد مختلف که در ساخت PCB استفاده می شوند (مانند ماده زیرلایه، مس، و سایر اجزا) ممکن است ضرایب مختلف توسعه حرارتی داشته باشند. اگر این تفاوت ها بزرگ باشند، با افزایش دما ممکن است تغییرات شکل نامطلوب ایجاد شود که منجر به خرابی می شود. (مانند قطع شدن وایا ها در اثر فشار یا استرس مکانیکی که بر انها وارد میشود یا حتی اتصال کوتاه در بین ترک هایی که خیلی بهم نزدیک هستند و…)

Thermal Conductivity : رسانایی حرارتی، که با علامت (k) نشان داده می‌شود، یک خاصیت فیزیکی است که توانایی یک ماده برای انتقال گرما را نشان می‌دهد. این مقدار بیانگر سرعتی است که گرما از طریق یک ماده انتقال می‌یابد. مقدار رسانایی حرارتی ماده زمینه بسیار مهم است. زیرا بسیاری از قطعات الکترونیکی در حین کار گرما تولید می‌کنند و این گرما باید به طور موثری منتقل و توزیع شود تا از افزایش حرارت و آسیب به قطعات جلوگیری شود.

اگر PCB از ماده‌ای با رسانایی حرارتی بالا ساخته شود، گرما به طور موثری از قطعات گرم شونده به سطح PCB انتقال می‌یابد و سپس به محیط اطراف توزیع می‌شود. این کمک می‌کند تا قطعات از بیش از حد گرم شدن جلوگیری کنند، که می‌تواند عملکرد و عمر آنها را افزایش دهد. بر عکس، PCB با رسانایی حرارتی پایین ممکن است نتواند به طور موثری گرما را از قطعات گرم شونده از بین ببرد، که منجر به افزایش حرارت و احتمال خرابی قطعات می‌شود.

لذا، انتخاب ماده‌ای با رسانایی حرارتی مناسب برای PCB، بسته به شرایط کارکرد و نیازهای حرارتی سیستم، می‌تواند بسیار مهم باشد.

به طور کلی، PCB های با CTE کمتر و TG بیشتر معمولاً قابلیت اطمینان بیشتری دارند، اما همچنین ممکن است گران تر باشند. انتخاب ماده مناسب برای PCB بر اساس این خصوصیات بستگی به کاربرد خاص و بودجه شما دارد.

مقاومت مکانیکی (Mechanical Strength)

اگر مدارچاپی در محیط‌هایی با انقباض و تغییرات مکانیکی قرار گیرد، مقاومت مکانیکی قوی و انعطاف‌پذیری مناسب برای پیشگیری از شکست و خرابی ضروری است.

همچنین، برای انتخاب مناسب جنس مدارچاپی، نیازمندی‌های خاص پروژه را در نظر بگیرید، مانند مقدار بودجه، سطح پیچیدگی طراحی، نیاز به اتصالات با فرکانس بالا، مدیریت حرارت و مقاومت در برابر محیط‌های خاص.

همه این پارامترها باید با نیازها و مشخصات کاربردی پروژه و استانداردهای مربوطه هماهنگ شوند. بهترین روش برای انتخاب جنس مدارچاپی، مشاوره با تأمین کننده مدارچاپی یا متخصصان صنعت الکترونیک است که به شما راهنمایی کنند و بهترین گزینه را برای نیازهای شما پیشنهاد دهند.

برای ساخت نمونه و تولید PCB های خود از آذرخش مدار استفاده کنید: قابلیت اطمینان بیشتر و هزینه کمتر
آذرخش مدار با توجه به تعادل بی نظیر بین قابلیت اطمینان و هزینه در محصولات الکترونیکی، PCB های نمونه سریع و PCB های استاندارد با کیفیت بالا را ارائه می‌دهد. با بیش از یک دهه تجربه عملی، آذرهش مدار کاملاً درک می‌کند که شما چه انتظاراتی از بازدهی سرمایه خود دارید. راهکارهای حرفه‌ای ما و پاسخگویی سریع منجر به بهره‌وری بالا و عملکرد عالی شما می‌شود.
توجه: مشتریان جدید، می‌توانند بیشتر صرفه‌جویی کنند!