Trong những năm gần đây, việc chọn vật liệu phù hợp cho mọi thiết kế PCB trở nên quan trọng hơn. Trước đây, trên thị trường có một số lượng hạn chế các loại laminate tốc độ cao, cụ thể là N4000-13 hoặc N4000-13 SI của Nelco. Ngày nay, có hàng trăm sự lựa chọn – nhiều đến mức chúng ta có nguy cơ bị choáng ngợp trước những lựa chọn. Sự hiểu biết chung về bản chất của vật liệu có thể giúp giảm thiểu rủi ro này và thư viện PCB mạnh mẽ so sánh các đặc tính vật liệu có thể giúp giảm bớt khả năng tê liệt phân tích.
Nói chung, với vật liệu điện môi, mọi thông số cải thiện hiệu suất đều có chi phí tăng nhẹ. Vì điều này, việc đảm bảo rằng bạn không thiết kế quá mức trong vật liệu của mình là khá quan trọng. Cũng giống như việc mua lốp xe mùa đông ở vùng khí hậu không bao giờ có tuyết sẽ làm tăng thêm chi phí không cần thiết mà không tăng hiệu suất, tương tự như vậy, một tấm bảng mỏng đơn giản là không cần giá trị Tg (nhiệt độ chuyển thủy tinh) cao, vì nhiệt độ của tấm bảng sẽ vẫn tương đối thấp trong quá trình lắp ráp và làm lại. Nếu giá trị này mạnh một cách không cần thiết, việc lựa chọn vật liệu thay thế có thể dẫn đến giảm chi phí tổng thể mà không ảnh hưởng xấu đến hiệu suất.
Tất cả các thông tin liên quan cần thiết để đưa ra quyết định sản xuất chi tiết đều được các nhà sản xuất laminate cung cấp sẵn trên bảng dữ liệu vật liệu của họ. Tuy nhiên, việc hiểu được ý nghĩa đằng sau những giá trị này không phải đơn giản. Hiểu cách chúng được tạo và nội dung chúng đại diện có thể giúp bạn tách biệt các tham số có nhiều khả năng ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí tổng thể nhất. Đôi khi các nhà sản xuất sẽ sử dụng các phương pháp thử nghiệm khác nhau để mô tả các đặc tính trong tấm nhựa của họ và mặc dù các giá trị sẽ đại diện cho các đặc tính vật liệu giống nhau nhưng các giá trị của chúng sẽ không liên quan đến nhau. Điều này có thể gây khó khăn cho việc so sánh “apples-to-apples” về đặc tính điện trên nhiều hệ thống laminate, kết cấu và nguồn dữ liệu để chọn vật liệu laminate và vật liệu điện môi tốt nhất cho từng ứng dụng.
Hãy cùng Vietbay tìm hiểu các thông tin chi tiết ngay dưới đây:
Chia nhỏ các tham số của bảng dữ liệu
Mặc dù bảng dữ liệu của mỗi nhà sản xuất là khác nhau nhưng các giá trị mà chúng đưa vào có thể được chia thành ba loại: điện, nhiệt và cơ khí.
Một cách tiếp cận cân bằng để lựa chọn vật liệu đòi hỏi sự hiểu biết và xem xét nhiều thứ hơn là chỉ các thông số điện.
Thông số điện PCB
Điều rõ ràng nhất cần xem xét trên bảng dữ liệu là các tham số điện, chẳng hạn như hằng số điện môi (Dk) và hệ số tổn hao (Df) còn được gọi là tiếp tuyến tổn hao (tan δ). Mặc dù người ta tập trung nhiều vào các giá trị Df laminate, nhưng điều quan trọng là phải hiểu Dk—Dk thấp hơn cho phép chất điện môi mỏng hơn, giảm nhiễu xuyên âm và độ dày bảng thấp hơn, mặc dù thường có chi phí cao hơn một chút.
Nói chung, giá trị càng thấp càng tốt cho cả hằng số điện môi PCB và hệ số tiêu tán, nhưng nó cũng đắt hơn. Nếu bạn biết mình cần ở đâu từ quan điểm danh mục tổn thất, bạn có thể thu hẹp danh sách các vật liệu có thể có và xác định chính xác những vật liệu mang lại hiệu suất cần thiết mà không cần thiết kế quá mức và tăng thêm chi phí không cần thiết.
Thông số nhiệt PCB
Có một số thông số nhiệt liên quan đến tấm PCB, nhưng chắc chắn 3 thông số quan trọng nhất là nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg), thời gian tách lớp (Td) và hệ số giãn nở nhiệt (CTE). Không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường mà bo mạch sẽ được triển khai bên trong, những giá trị này rất quan trọng vì các chuyển động nhiệt mà PCB tiếp xúc trong quá trình lắp ráp và làm lại có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của chính bo mạch. Đặc điểm thiết kế, cụ thể là độ dày của tấm nền là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc, vì các thiết kế dày hơn sẽ trải qua nhiều thay đổi nhiệt độ hơn trong quá trình chế tạo. Chúng ta cũng phải lưu ý rằng ứng suất nhiệt độ theo hướng Z có tính chất cộng thêm, nghĩa là có nhiều khả năng xảy ra hỏng hóc hơn.
Chỉ thị hạn chế sử dụng các chất độc hại (RoHs) của Liên minh Châu Âu đã có tác động đến các thông số nhiệt vì chất hàn không chì được yêu cầu ngày nay có nhiệt độ nóng chảy cao hơn vật liệu thiếc-chì và do đó nhiệt độ trong quá trình lắp ráp hoặc làm lại có thể đạt > 260°C nhiều lần. Đối với các bo mạch dày hơn, tốt hơn nên chọn vật liệu có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh cao và vật liệu có z-CTE tương đối thấp. Với bo mạch mỏng hơn, nhà sản xuất có thể tiết kiệm 25% chi phí vật liệu trở lên bằng cách sử dụng vật liệu có Tg trung bình, điều này có thể rất quan trọng khi sản xuất số lượng lớn.
Có ba cách để đo Tg và các nhà cung cấp laminate vẫn chưa thống nhất được một phương pháp duy nhất. Dù vậy, mỗi phương pháp đều đo cùng một đặc tính, nhiệt độ hóa mềm của vật liệu, nhưng chiếu các giá trị này với các con số khác nhau. Bạn phải đảm bảo rằng bạn đang so sánh các phương pháp tương tự giữa các tài liệu.
 |
Dynamic Mechanical Analysis (DMA)Phương pháp tốt nhất để sử dụng là phương pháp phân tích cơ động học (DMA). Nó phát hiện những thay đổi trong mô đun lưu trữ và mô đun tổn thất (Tg: nhiệt độ cao nhất của tan delta; IIPC TM-650 Method 2.4.24.2). Differential Scanning Calorimeter (DSC)Phương pháp tốt nhất tiếp theo là nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC), đo dòng nhiệt vào hoặc ra khỏi mẫu trong khi mẫu được gia nhiệt (Tg: nhiệt độ ở nửa bước thay đổi của dòng nhiệt; IPC TM-650 Method 2.4.25). Thermomechanical Analysis (TMA)Phương pháp cuối cùng là phân tích cơ nhiệt, đo lường sự thay đổi độ cao của mẫu so với nhiệt độ (Tg: nhiệt độ khi CTE thay đổi; IPC TM-650 Method 2.4.24.24, 2.4.24.5) |
Thông số cơ khí PCB
Các thông số cơ học là dấu hiệu cho biết độ bền của bo mạch, bao gồm độ bền của vật liệu trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau, cách vật liệu hấp thụ độ ẩm và độ bám dính của nhựa với đồng. Đối với hầu hết các thông số cơ học, mức độ chi tiết trong bảng dữ liệu sẽ khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất. Một số bao gồm độ bền của lớp vỏ, độ bền uốn, độ hấp thụ độ ẩm, độ dẫn nhiệt, mô đun Young và tỷ lệ Poisson, trong khi một số khác chỉ bao gồm một số thông số đó. Ngoài ra, nhiều giá trị có thể được liệt kê cho mỗi tham số. Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là không phải tất cả các thông số đều quan trọng đối với mọi thiết kế – thông số nào quan trọng phụ thuộc vào thiết kế của bo mạch, công nghệ được sử dụng để sản xuất bo mạch đó và ứng dụng sử dụng cuối. Việc bổ sung yếu tố này trước giai đoạn thiết kế là chìa khóa cho các bo mạch tốc độ cao phức tạp có nhiều lớp.
Thư viện vật liệu điện môi
Một thư viện chứa các giá trị tương đương trên tất cả các tham số sẽ có giá trị khi so sánh các tấm nền. Z-planner Enterprise bao gồm một thư viện vật liệu điện môi cung cấp vật liệu laminate PCB đủ tiêu chuẩn từ 200 họ laminate có thể được chèn trực tiếp vào bộ giải hiện trường để so sánh và xác định chất lượng vật liệu ngay lập tức. Thông tin vật liệu hoàn chỉnh có sẵn cho mỗi lựa chọn, bao gồm các giá trị Dk và Df phụ thuộc vào tần số cho hàng nghìn kết hợp lõi và prereg ngay lập tức. Với Z-planner, các nhà thiết kế có thể chọn loại tấm nền mỏng phù hợp cho mọi thiết kế mà không gặp rủi ro về thiết kế quá mức hoặc thiếu thiết kế.
Tham khảo thêm các phần mềm thiết kế PCB:
- Xpetition Enterprise là bộ công cụ cung cấp quy trình thiết kế PCB sáng tạo nhất trong ngành, cung cấp khả năng tích hợp từ định nghĩa thiết kế hệ thống đến thực hiện sản xuất. Các công nghệ độc đáo của nó có thể giảm chu kỳ thiết kế từ 50% trở lên trong khi cải thiện đáng kể chất lượng tổng thể và hiệu quả sử dụng tài nguyên
- Calibre: chìa khoá vàng về xác minh IC, cung cấp nền tảng EDA xác minh IC hoàn chỉnh và tối ưu hóa DFM giúp tăng tốc thiết kế từ khâu sáng tạo đến sản xuất, giải quyết tất cả các yêu cầu sign-off.
- PADS: là phần mềm thiết kế PCB trực quan, mạnh mẽ, giá cả phải chăng được các kỹ sư và nhóm của họ sử dụng. Với PADS, bạn có thể đưa thiết kế điện tử của mình từ nguyên mẫu sang sản xuất trong môi trường dễ sử dụng – từ máy tính để bàn của nhà thiết kế đến môi trường đám mây được kết nối, trao quyền cho tương lai cộng tác
- HyperLynx: Phần mềm phân tích mô phỏng tính bảo toàn tiến hiệu, bảo toàn nguồn điện, mô hình điện từ trường 3D, kiểm tra quy tắc điện (Electrical rule checking)
- VALOR: Giải pháp tối ưu hóa thiết kế/sản xuất, cung cấp dòng chảy bộ đôi kỹ thuật số hoàn chỉnh, đảm bảo khả năng sản xuất, tạo dữ liệu sản xuất hoàn chỉnh, đảm bảo khu vực sản xuất hiệu quả và sản xuất thiết bị điện tử đạt yêu cầu ngay lần đầu tiên
- PartQuest: Các ứng dụng đám mây PartQuest biến đổi cách phát hiện, khám phá và tiêu thụ các thành phần điện tử được sử dụng trong thiết kế hệ thống điện tử. Một chuỗi kỹ thuật số liền mạch kết nối các nhóm phát triển PCB với hệ sinh thái linh kiện điện tử mà họ dựa vào để thiết kế thành công các sản phẩm.
Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ:
