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Materiale FERRO

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Materiale FERRO: la guida definitiva alle domande frequenti

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Scegliere un adatto Materiale PCB può essere un compito arduo, motivo per cui questa guida esplorerà tutti gli aspetti fondamentali che devi conoscere sui materiali FERRO.

Quindi, se vuoi saperne di più su questo materiale, leggi questa guida.

Che cos'è il materiale FERRO nei PCB?

I materiali FERRO comprendono materiali ferromagnetici che mostrano una risposta significativa e positiva quando sottoposti a un campo magnetico esterno.

Hanno una notevole affinità con i campi magnetici e possono mantenere le loro caratteristiche magnetiche anche quando si elimina il campo esterno.

I materiali FERRO includono alcuni elettroni spaiati, risultando in un momento magnetico netto nei loro atomi. L'esistenza di domini magnetici conferisce loro forti caratteristiche magnetiche.

I domini si allineano quando si applica una forza magnetizzante, determinando un campo magnetico elevato all'interno della parte. I materiali FERRO che puoi utilizzare nei PCB includono ferro, nichel e cobalto.

Figura 1 Materiale ferro per PCB

Materiale FERRO per PCB

Quali sono alcuni dei materiali FERRO che puoi utilizzare nei PCB?

Osservate che i materiali FERRO possiedono elettroni spaiati in singoli atomi, molecole o ioni. Condividono anche lo stesso orientamento del momento angolare di spin e sono in grado di formare domini magnetici con atomi allineati magneticamente.

Consideri i seguenti metalli come materiali FERRO:

Ferro

Consideri altri metalli che possiedono questa capacità simile al ferro per la sua abbondanza e versatilità come magnete permanente naturale.

È possibile utilizzare il ferro come componente dell'acciaio, che è una lega di ferro ad alta temperatura rinforzata con carbonio.

Cobalto

Il cobalto è un metallo che trovi spesso nei minerali con rame e nichel.

Trovi che il cobalto, a differenza del ferro, sia molto resistente alla corrosione, trovando così impiego nei PCB impiegati in ambienti difficili.

Magnetite

La magnetite è un materiale FERRO con una lucentezza brillante che non è tecnicamente un metallo. La magnetite si forma attraverso l'ossidazione del ferro in un ossido.

Nichel, Ni free

Il nichel è un metallo di transizione e il terzo dei tre principali materiali FERRO insieme al ferro e al cobalto. Il nichel è essenziale per il processo di galvanica, consentendoci di utilizzare PCB in diversi dispositivi elettrici.

Dove impieghi i PCB realizzati con materiale FERRO?

I PCB che possiedono materiali FERRO nella loro costruzione trovano impiego in varie applicazioni come:

  • Sensori automobilistici, comprese le schede del convertitore di potenza e le unità di controllo del motore.
  • Nella realizzazione di imballaggi per semiconduttori e componenti come condensatori ceramici e filtri EMI.
  • Le schede specifiche per l'aerospazio e la difesa utilizzano materiali FERRO.
  • Trovi questi materiali nei circuiti stampati utilizzati negli apparecchi medicali.

In che modo la temperatura di Curie influisce sul materiale FERRO nei PCB?

La temperatura di Curie di un materiale FERRO è la temperatura oltre la quale il materiale perde le sue qualità magnetiche permanenti.

Tuttavia, puoi comunque indurre magnetismo a questi materiali nella maggior parte dei casi.

L'entropia termica compete con l'inclinazione ferromagnetica per l'allineamento del dipolo all'aumentare della temperatura.

Una transizione di fase del secondo ordine si verifica quando la temperatura supera la temperatura di Curie, causando la perdita di magnetizzazione spontanea del sistema.

Quali proprietà termiche sono essenziali per il materiale FERRO utilizzato nei PCB?

Alcune delle proprietà termiche essenziali quando si utilizza materiale FERRO sui PCB sono le seguenti:

Temperatura di transizione vetrosa (Tg)

L' temperatura di transizione vetrosa descrive l'intervallo di temperatura che un materiale PCB trasforma.

La trasformazione è solitamente, da uno stato solido vetroso a uno flessibile poiché le catene polimeriche mostrano movimento.

Le proprietà del materiale tornano allo stato originale dopo il raffreddamento. Descrivi la temperatura di transizione vetrosa in gradi Celsius (oC).

Temperatura di decomposizione (Td)

La temperatura alla quale un materiale PCB FERRO si decompone chimicamente è la sua temperatura di decomposizione misurata in gradi Celsius (oC).

Quando si costruiscono PCB, il Td di un materiale è fondamentale perché le modifiche alle sue proprietà sono irreversibili.

È necessario selezionare un materiale FERRO che permetta di lavorare a temperature superiori a Tg ma inferiori a Td.

La maggior parte delle temperature di saldatura durante l'assemblaggio del PCB sono comprese tra 200 e 250 gradi Celsius, quindi assicurati che Td sia più alto.

Coefficiente di dilatazione termica (CET)

Definisci il tasso di espansione di un materiale PCB FERRO quando la sua temperatura aumenta come coefficiente di dilatazione termica.

Si misura il CTE in parti per milione (ppm) mostrato rispetto all'aumento in gradi Celsius.

Quando la temperatura di un materiale FERRO supera la Tg, il CTE aumenta con essa.

È necessario assicurarsi che il CTE del materiale nell'asse z sia sul lato inferiore.

Conduttività termica (K)

La conducibilità termica è la capacità di un materiale FERRO di trasportare calore misurato in watt per metro per grado Celsius (W/M/oC).

Laddove il tuo materiale ha una bassa conduttività termica, significa uno scarso trasferimento di calore, mentre un'elevata conduttività significa una grande trasmissione di calore.

Quali proprietà elettriche sono importanti nella scelta del materiale FERRO per i PCB?

Le proprietà elettriche dei materiali FERRO parlano della loro capacità di condurre corrente elettrica. Questi includono:

Permittività relativa

La permettività relativa di un materiale FERRO influenza l'integrità e l'impedenza del segnale che a loro volta influenzano le prestazioni elettriche ad alta frequenza.

La permittività relativa oscilla con la frequenza decrescente all'aumentare della frequenza.

Fattore di dissipazione

Il fattore di dissipazione di un materiale FERRO rappresenta la quantità di potenza persa a causa della sostanza.

Perdi meno potenza quando il tuo materiale ha un fattore di dissipazione inferiore.

Le variazioni di frequenza influiscono anche sul fattore di dissipazione che aumenta con un aumento della frequenza fino a 1GHz.

Per i segnali analogici, è fondamentale poiché controlla l'entità dell'attenuazione del segnale e, quindi, il rapporto segnale/rumore.

Resistività elettrica

Maggiore è la resistività elettrica di un materiale FERRO, meno facilmente consente alla carica elettrica di viaggiare.

L'umidità e la temperatura influenzano la resistività elettrica che si misura in ohm-metri (Ω-m) o ohm-centimetri (Ω-cm).

Resistività superficiale

La resistività superficiale (S) si riferisce alla resistenza elettrica o isolante della superficie di un materiale PCB FERRO influenzata dall'umidità e dalla temperatura.

La resistività della superficie nei materiali PCB FERRO deve essere molto elevata su milioni di mega-ohm per quadrato.

Quali requisiti chimici sono necessari per l'utilizzo di materiali FERRO nei PCB?

Quando si utilizza materiale FERRO nei PCB, sono essenziali i seguenti requisiti chimici:

Figura 2 Materiale PCB FERRO

Materiale PCB FERRO

Assorbimento dell'umidità

L'assorbimento di umidità si riferisce alla capacità di un materiale PCB FERRO di resistere all'assorbimento d'acqua durante l'immersione.

Lo si calcola come aumento percentuale di peso di un materiale derivante dall'assorbimento d'acqua in impostazioni controllate e procedure di prova convenzionali.

L'assorbimento dell'umidità influenza le proprietà termiche ed elettriche del materiale FERRO.

È anche influente nel determinare la capacità di un materiale di prevenire lo sviluppo del filamento anodico conduttivo (CAF).

Resistenza al cloruro di metilene

La resistenza al cloruro di metilene è una metrica per la resistenza chimica di un materiale PCB FERRO, in particolare la capacità di resistere all'assorbimento del cloruro di metilene.

Lo si misura come aumento percentuale del peso di un materiale dovuto all'esposizione regolamentata al cloruro di metilene.

Quali proprietà meccaniche dovrebbero possedere i materiali FERRO nei PCB?

Le proprietà meccaniche dei materiali nei PCB sono essenziali per l'integrità strutturale della scheda. Queste proprietà includono:

Peel Forza

La forza di legame tra il conduttore di rame e il materiale dielettrico definisce la resistenza alla spellatura fornita in libbre per pollice lineare.

Misura la quantità di forza necessaria per separare i materiali legati con un angolo di separazione di 180 gradi.

Resistenza alla flessione

La capacità di un materiale FERRO di sostenere sollecitazioni meccaniche senza fratturarsi ne definisce la resistenza alla flessione.

Si determina la resistenza alla flessione del materiale PCB fornendo supporti terminali e caricando la parte centrale. L'unità di misura è libbre per pollice quadrato.

Modulo di tensione

Il modulo di trazione è una misura di resistenza per i materiali PCB FERRO solitamente forniti al posto della resistenza alla flessione.

Il modulo di trazione valuta il rapporto sollecitazione/deformazione in una direzione specifica ed è descritto come la forza per unità di area.

Tempo di delaminazione

A una data temperatura, il tempo alla delaminazione misura il tempo impiegato da un materiale per resistere alla delaminazione.

La delaminazione comporta la separazione della resina dal laminato.

Lo shock termico, la temperatura di transizione vetrosa impropria, l'umidità e la tecnica di laminazione inferiore possono indurre la delaminazione.

Quali tipi di schede PCB puoi utilizzare con i materiali FERRO?

È possibile utilizzare materiali FERRO nei seguenti tipi di PCB:

Figura 3 PCB a strato singolo e doppio strato

PCB a strato singolo vs doppio strato

  • PCB a strato singolo: Costituisce la maggior parte dei tipi di schede con il design più semplice e i costi di produzione minimi.

Possedere un solo strato conduttivo per il fissaggio dei componenti.

  • PCB a doppio strato: Uno strato conduttivo si trova sopra un substrato non conduttivo, mentre un altro sotto di esso.

È possibile utilizzare via per collegare i pad su entrambe le schede per unire i due strati conduttivi.

  • PCB multistrato: Descrive un circuito stampato con tre o più strati conduttori.

Almeno uno strato conduttivo si trova tra il substrato non conduttivo e gli strati conduttivi superiore e inferiore.

  • PCB rigido: Il materiale del substrato è una struttura solida che non cede a piegarsi o piegarsi. Fornisce supporto meccanico alla scheda.

Quali sono le linee guida importanti per la fornitura di PCB da materiali FERRO?

Tieni a mente le seguenti linee guida quando scegli i materiali FERRO per il tuo PCB:

Le costanti dielettriche devono corrispondere

Le costanti dielettriche del materiale FERRO e di altri componenti della scheda devono corrispondere per evitare problemi di prestazioni.

Costo

I materiali FERRO possono costare un sacco di soldi, tuttavia ottieni le migliori proprietà per varie funzioni della scheda.

Usa lamine lisce e conduttive

La lamina di rame liscia riduce le perdite alle alte frequenze, mentre i cattivi conduttori possono causare lo smorzamento del circuito.

Abbina il coefficiente di espansione termica

Una mancata corrispondenza del CTE per l'inclusione di materiali POCB I materiali FERRO possono causare tassi di espansione separati dannosi per la struttura del pannello.

È possibile utilizzare materiali FERRO nei PCB ad alta frequenza?

Con i circuiti ad alta frequenza, elabori segnali piccoli o precisi.

La capacità dei circuiti di elaborare correttamente i segnali di basso livello dipende da un pacchetto con le minori perdite possibili.

Le perdite derivano da riflessioni in cui le impedenze variano con l'assorbimento del segnale nei materiali PCB. I materiali FERRO offrono un ottimo assorbimento del segnale prevenendo le perdite.

È possibile tenere traccia delle variazioni di impedenza alle perdite causate dai riflessi.

Inoltre, le variazioni nello spessore del laminato, nella costante dielettrica e nella larghezza della traccia contribuiscono a questi problemi.

È possibile alloggiare un circuito ad alta frequenza in un PCB a due strati o più quando si utilizzano materiali FERRO a causa della ridotta complessità.

Di conseguenza, è possibile laminare uno o più strati date le ridotte perdite e le proprietà dielettriche.

Perché è necessario praticare fori nei materiali FERRO nei PCB?

Ritagli, fessure e la forma generale della scheda finita comportano le proprietà fabbricate di una scheda a circuito grezzo.

I fori praticati nella tavola hanno la massima importanza.

Esistono tre tipi di fori, ciascuno con uno scopo diverso come segue:

Via fori

Trasporta segnali elettrici sia per l'alimentazione che per la terra attraverso gli strati della scheda utilizzando via che sono piccoli fori placcati.

Le vie sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni a seconda dell'applicazione, comprese le vie con foro passante, interrate, cieche e microvia.

Modi

Modi

Fori dei componenti

Mentre la maggior parte dei componenti della scheda sono a montaggio superficiale, molti altri sono ancora meglio fissati tramite un imballaggio a foro passante.

Questi includono in genere interruttori e altre parti meccaniche che richiedono un montaggio più sicuro.

Fori meccanici

Le caratteristiche meccaniche che si collegano a un PCB, comprese le ventole e le staffe, richiedono fori per il fissaggio.

Questi fori sono in genere non placcati, ma possono esserlo quando è necessario un collegamento alla scheda elettrica.

È possibile utilizzare i fori di montaggio per distribuire il calore dai componenti caldi agli strati del piano interno.

Quando si utilizzano tali fori nel processo di fabbricazione, sono fori per utensili.

Quali sono alcune delle linee guida di perforazione per PCB che utilizzano materiale FERRO?

Ci sono alcuni modi in cui puoi avvicinarti al processo di perforazione su un circuito stampato che utilizza materiale FERRO:

Stesso diametro della punta

La tua tavola può comportare molti trapani che condividono un diametro simile, richiedendo così un cambio di punte durante il processo.

Il cambio può causare problemi di tolleranza che è possibile superare modificando alcune dimensioni della punta.

Diametro minimo della punta

Impiegare le dimensioni della punta meccanica in relazione allo spessore della tavola. La foratura con diametri di punta inferiori è difficile e anche la placcatura a causa del rapporto di aspetto della punta più piccolo.

Evita i vias ciechi e sepolti

Utilizzare vie cieche e interrate solo quando richiesto per architetture ad alta densità o circuiti ad alta velocità.

Il processo di costruzione di vie cieche e interrate aumenta significativamente il costo di fabbricazione delle schede.

Quali tecniche di perforazione è possibile utilizzare nei PCB che utilizzano materiali FERRO?

Ci sono due principali tecniche di perforazione disponibili durante la fabbricazione di PCB: perforazione meccanica e laser.

Si utilizzano punte da trapano in questa tecnologia di perforazione per fori che superano un diametro di circa 6 mil.

Figura 5 PCB di perforazione meccanica

PCB di perforazione meccanica

  • Foratura laserCon i trapani laser puoi fornire fori molto più piccoli con il pezzo e l'utensile evitando l'un l'altro durante l'operazione.

Il controllo della profondità è facile con la possibilità di creare vie cieche e interrate.

Figura 6 PCB di perforazione laser

PCB di perforazione laser

Quali aspetti consideri durante la perforazione di PCB con materiale FERRO?

Quando si fora un PCB composto da materiale FERRO, si prendono in considerazione due aspetti principali:

  • Aspect Ratio: La capacità di placcare con successo il rame all'interno dei vias definisce le proporzioni.

La placcatura di fori più piccoli richiede tempo, quindi richiede l'uso del bagno di placcatura.

  • Trapano per gioco di rame: Costituisce l'area attorno al bordo di un foro praticato e all'elemento in rame. Questo valore è in genere di circa otto mil e una piccola variazione può interrompere il circuito.

Quali problemi si possono riscontrare durante la perforazione di materiali FERRO nei PCB?

Alcuni dei problemi che si verificano durante il processo di perforazione includono:

  • Lo spostamento della punta dall'asse previsto può ostacolare la precisione del foro.
  • Il foro praticato può avere pareti ruvide con conseguente placcatura non uniforme.
  • L'attrito durante il processo di perforazione produce calore che scioglie la resina.
  • Le bave possono manifestarsi nei punti di ingresso e di uscita del trapano.
  • Gli strati possono mostrare separazione in un processo di delaminazione.
  • Dal processo possono derivare formazioni di rame come teste di chiodi.

Quali sono alcune delle linee guida nella perforazione di PCB composti da materiali FERRO?

Quando si forano PCB in materiale FERRO, è necessario considerare i seguenti suggerimenti:

  • Mantenere le proporzioni al minimo per evitare l'usura derivante dalla perforazione.
  • Utilizzare un numero minimo di punte di dimensioni per ridurre il tempo di perforazione.
  • Verificare la connessione creata da fori non placcati e la descrizione del foro.
  • Identificare eventuali punte e caratteristiche in rame posizionate oltre il profilo della scheda.
  • Confronta la tolleranza del trapano con le vie assicurandoti che siano conformi alle proporzioni desiderate.
  • Controlla i requisiti di riempimento dei vias e le linee guida di fabbricazione fornite.

Come si incidono i materiali FERRO nei PCB?

L'incisione è la rimozione di materiale da una superficie per rivelare un disegno o un motivo desiderato.

Si utilizzano comunemente sostanze chimiche liquide nel processo di incisione insieme ai metodi al plasma e laser.

  • Acquaforte chimica: L'incisione chimica è un metodo di produzione sottrattivo che utilizza sostanze chimiche per la rimozione del materiale.

La procedura prevede l'immersione del materiale in una sostanza chimica caustica che reagisce con la regione di taglio dissolvendolo.

  • Incisione laser: Utilizzi un laser ad alta potenza per modellare la traccia del substrato tramite il controllo del computer.

L'energia nel raggio laser altera la composizione chimica del materiale, consentendone il rilascio tramite sfaldamento o evaporazione.

  • Acquaforte al plasma: In questo processo, si concentra un flusso di plasma ad alta velocità composto da una combinazione di gas verso un materiale.

L'incisione al plasma è semplice senza alcun residuo umido che riduce la possibilità di contaminazione e migliora le tolleranze dimensionali della scheda.

Se hai bisogno di qualsiasi materiale FERRO o materiale PCB, Venture è qui per aiutarti - contattaci subito.