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FERRO Material: Der ultimative FAQ-Leitfaden

FERRO-Material-The-Ultimate-FAQ-Guide

Auswahl eines geeigneten Leiterplattenmaterial kann eine überwältigende Aufgabe sein – ein Grund dafür, dass dieser Leitfaden alle grundlegenden Aspekte behandelt, die Sie über FERRO-Materialien wissen müssen.

Wenn Sie also mehr über dieses Material erfahren möchten, lesen Sie diesen Leitfaden.

Was ist FERRO-Material in Leiterplatten?

FERRO-Materialien umfassen ferromagnetische Materialien, die eine signifikante und positive Reaktion zeigen, wenn sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt werden.

Sie haben eine erhebliche Affinität zu Magnetfeldern und können ihre magnetischen Eigenschaften auch dann beibehalten, wenn Sie das externe Feld eliminieren.

FERRO-Materialien enthalten einige ungepaarte Elektronen, was zu einem magnetischen Nettomoment in ihren Atomen führt. Das Vorhandensein magnetischer Domänen verleiht ihnen ihre starken magnetischen Eigenschaften.

Die Domänen richten sich aus, wenn Sie eine Magnetisierungskraft anwenden, was zu einem hohen Magnetfeld innerhalb des Teils führt. Zu den FERRO-Materialien, die Sie in Leiterplatten verwenden können, gehören Eisen, Nickel und Kobalt.

Abbildung 1 Ferromaterial für PCB

FERRO-Material für Leiterplatten

Welche FERRO-Materialien können Sie in Leiterplatten verwenden?

Sie beobachten, dass FERRO-Materialien ungepaarte Elektronen in einzelnen Atomen, Molekülen oder Ionen besitzen. Sie teilen auch die gleiche Drehimpulsorientierung des Spins und sind in der Lage, magnetische Domänen mit magnetisch ausgerichteten Atomen zu bilden.

Folgende Metalle kommen für Sie als FERRO-Werkstoffe in Frage:

Eisen

Sie betrachten andere Metalle, die diese Fähigkeit besitzen, aufgrund ihrer Häufigkeit und Vielseitigkeit ähnlich wie Eisen als natürliche Dauermagnete.

Sie können Eisen als Bestandteil von Stahl verwenden, der eine mit Kohlenstoff verstärkte Hochtemperatur-Eisenlegierung ist.

Cobalt

Kobalt ist ein Metall, das Sie häufig in Erzen mit Kupfer und Nickel finden.

Kobalt ist im Gegensatz zu Eisen sehr korrosionsbeständig und findet daher Verwendung in Leiterplatten, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden.

Magnetit

Magnetit ist ein FERRO-Material mit glänzendem Glanz, das technisch gesehen kein Metall ist. Magnetit entsteht durch die Oxidation von Eisen zu einem Oxid.

Super

Nickel ist ein Übergangsmetall und neben Eisen und Kobalt das dritte der drei wichtigsten FERRO-Werkstoffe. Nickel ist für den Galvanisierungsprozess unerlässlich, sodass wir Leiterplatten in mehreren elektrischen Geräten verwenden können.

Wo setzen Sie Leiterplatten aus FERRO-Material ein?

Leiterplatten, die FERRO-Materialien in ihrer Konstruktion enthalten, finden Verwendung in verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel:

  • Automobilsensoren einschließlich Stromrichterplatinen und Motorsteuereinheiten.
  • Bei der Herstellung von Halbleiterverpackungen und Komponenten wie Keramikkondensatoren und EMI-Filtern.
  • Luft- und Raumfahrt- und verteidigungsspezifische Boards verwenden FERRO-Materialien.
  • Sie finden diese Materialien in Leiterplatten, die in medizinischen Geräten verwendet werden.

Wie beeinflusst die Curie-Temperatur das FERRO-Material in Leiterplatten?

Die Curie-Temperatur eines FERRO-Materials ist die Temperatur, ab der das Material seine permanentmagnetischen Eigenschaften verliert.

Sie können diese Materialien jedoch in den meisten Fällen immer noch magnetisieren.

Die thermische Entropie konkurriert mit der ferromagnetischen Neigung um die Dipolausrichtung, wenn die Temperatur ansteigt.

Ein Phasenübergang zweiter Ordnung tritt auf, wenn die Temperatur die Curie-Temperatur übersteigt, was dazu führt, dass das System seine spontane Magnetisierung verliert.

Welche thermischen Eigenschaften sind für das in Leiterplatten verwendete FERRO-Material unerlässlich?

Einige der wesentlichen thermischen Eigenschaften bei der Verwendung von FERRO-Material auf Leiterplatten sind wie folgt:

Glasübergangstemperatur (Tg)

Das Temperatur des Glasübergangs beschreibt den Temperaturbereich, den ein Leiterplattenmaterial umwandelt.

Die Umwandlung erfolgt normalerweise von einem glasartigen festen Zustand zu einem biegsamen, da Polymerketten Bewegung zeigen.

Die Eigenschaften des Materials kehren nach dem Abkühlen in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Sie beschreiben die Temperatur des Glasübergangs in Grad Celsius (oC).

Zersetzungstemperatur (Td)

Die Temperatur, bei der sich ein PCB-FERRO-Material chemisch zersetzt, ist seine Zersetzungstemperatur, gemessen in Grad Celsius (oC).

Beim Bau von Leiterplatten ist die Td eines Materials entscheidend, da Änderungen seiner Eigenschaften irreversibel sind.

Sie müssen ein FERRO-Material auswählen, mit dem Sie bei Temperaturen über Tg, aber unter Td arbeiten können.

Die meisten Löttemperaturen während der Leiterplattenmontage liegen zwischen 200 und 250 Grad Celsius, stellen Sie also sicher, dass Td höher ist.

Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)

Als Wärmeausdehnungskoeffizient definieren Sie die Ausdehnungsgeschwindigkeit eines PCB FERRO-Materials bei steigender Temperatur.

Sie messen den CTE in Teilen pro Million (ppm), der sich bei einem Anstieg in Grad Celsius zeigt.

Wenn die Temperatur eines FERRO-Materials Tg übersteigt, steigt der CTE damit an.

Sie müssen sicherstellen, dass der CTE Ihres Materials in der z-Achse auf der unteren Seite liegt.

Wärmeleitfähigkeit (K)

Die Wärmeleitfähigkeit ist die Fähigkeit eines FERRO-Materials, Wärme zu transportieren, gemessen in Watt pro Meter pro Grad Celsius (W/M/oC).

Wenn Ihr Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, bedeutet dies eine schlechte Wärmeübertragung, während eine hohe Leitfähigkeit eine große Wärmeübertragung bedeutet.

Welche elektrischen Eigenschaften sind bei der Auswahl von FERRO-Material für Leiterplatten wichtig?

Die elektrischen Eigenschaften von FERRO-Materialien sprechen für ihre Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Diese beinhalten:

Relative Permittivität

Die relative Dielektrizitätskonstante eines FERRO-Materials beeinflusst die Signalintegrität und Impedanz, was wiederum die elektrische Leistung bei hoher Frequenz beeinflusst.

Die relative Permittivität schwankt mit der Frequenz, die mit steigender Frequenz abnimmt.

Verlustfaktor

Der Verlustfaktor eines FERRO-Materials stellt die Menge an Energie dar, die durch die Substanz verloren geht.

Sie verlieren weniger Leistung, wenn Ihr Material einen geringeren Verlustfaktor hat.

Frequenzänderungen wirken sich auch auf den Verlustfaktor aus, der mit einer Frequenzerhöhung bis zu 1 GHz zunimmt.

Für analoge Signale ist es kritisch, da es das Ausmaß der Signaldämpfung und damit das Signal-Rausch-Verhältnis steuert.

Elektrischer widerstand

Je höher der spezifische elektrische Widerstand eines FERRO-Materials ist, desto weniger leicht lässt es elektrische Ladung wandern.

Feuchtigkeit und Temperatur beeinflussen den elektrischen Widerstand, den Sie in Ohm-Meter (Ω-m) oder Ohm-Zentimeter (Ω-cm) messen.

Oberflächenwiderstand

Der Oberflächenwiderstand (S) bezieht sich auf den elektrischen oder isolierenden Widerstand der Oberfläche eines PCB-FERRO-Materials, der durch Feuchtigkeit und Temperatur beeinflusst wird.

Der spezifische Oberflächenwiderstand in PCB-FERRO-Materialien muss sehr hoch sein, über Millionen von Megaohm pro Quadrat.

Welche chemischen Voraussetzungen sind für den Einsatz von FERRO-Materialien in Leiterplatten erforderlich?

Bei der Verwendung von FERRO-Material in Leiterplatten sind die folgenden chemischen Anforderungen unerlässlich:

Abbildung 2 FERRO-PCB-Material

FERRO-Leiterplattenmaterial

Aufnahme von Feuchtigkeit

Feuchtigkeitsaufnahme bezieht sich auf die Fähigkeit eines PCB-FERRO-Materials, Wasseraufnahme beim Eintauchen zu widerstehen.

Sie berechnen ihn als prozentuale Gewichtszunahme eines Materials durch Wasseraufnahme unter kontrollierten Einstellungen und konventionellen Testverfahren.

Die Feuchtigkeitsaufnahme beeinflusst die thermischen und elektrischen Eigenschaften des FERRO-Materials.

Es ist auch einflussreich bei der Bestimmung der Fähigkeit eines Materials, die Entwicklung eines leitfähigen Anodenfilaments (CAF) zu verhindern.

Beständigkeit gegen Methylenchlorid

Die Methylenchloridbeständigkeit ist ein Maß für die chemische Beständigkeit eines PCB-FERRO-Materials, insbesondere die Fähigkeit, der Absorption von Methylenchlorid zu widerstehen.

Sie messen es als prozentuale Gewichtszunahme eines Materials aufgrund einer regulierten Exposition gegenüber Methylenchlorid.

Welche mechanischen Eigenschaften sollten FERRO-Werkstoffe in Leiterplatten besitzen?

Die mechanischen Eigenschaften von Materialien in Leiterplatten sind für die strukturelle Integrität der Leiterplatte von entscheidender Bedeutung. Zu diesen Eigenschaften gehören:

Peel-Stärke

Die Bindungsstärke zwischen dem Kupferleiter und dem dielektrischen Material definiert die Abziehfestigkeit, die in Pfund pro linearem Zoll angegeben wird.

Es misst die Kraft, die erforderlich ist, um verbundene Materialien bei einem Trennwinkel von 180 Grad zu trennen.

Biegefestigkeit

Die Fähigkeit eines FERRO-Materials, mechanischen Belastungen standzuhalten, ohne zu brechen, definiert seine Biegefestigkeit.

Sie bestimmen die Biegefestigkeit des Leiterplattenmaterials, indem Sie Endstützen bereitstellen und die Mitte belasten. Die Maßeinheit ist Pfund pro Quadratzoll.

Zugmodul

Der Zugmodul ist ein Festigkeitsmaß für PCB-FERRO-Materialien, das normalerweise anstelle der Biegefestigkeit angegeben wird.

Der Zugmodul bewertet das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis in einer bestimmten Richtung und wird als Kraft pro Flächeneinheit beschrieben.

Zeit bis zur Delaminierung

Bei einer gegebenen Temperatur misst die Zeit bis zur Delaminierung die Zeit, die ein Material benötigt, um der Delaminierung zu widerstehen.

Die Delaminierung beinhaltet die Trennung des Harzes vom Laminat.

Thermischer Schock, die falsche Glasübergangstemperatur, Feuchtigkeit und eine minderwertige Laminiertechnik können zu einer Delaminierung führen.

Für welche Leiterplattentypen können Sie FERRO-Materialien verwenden?

In folgenden Leiterplattentypen können Sie FERRO-Materialien einsetzen:

Abbildung 3 Single-Layer vs. Double-Layer PCB

Einschichtige vs. zweischichtige Leiterplatte

  • Single-Layer-Leiterplatten: Bildet die Mehrzahl der Platinentypen mit einfachstem Design und geringsten Herstellungskosten.

Besitzen nur eine leitfähige Schicht zur Bauteilbefestigung.

  • Doppelschicht-PCB: Eine leitfähige Schicht befindet sich über einem nicht leitfähigen Substrat, während eine andere darunter liegt.

Sie können Durchkontaktierungen verwenden, um Pads auf beiden Platinen zu verbinden, um die beiden leitfähigen Schichten zu verbinden.

Mindestens eine leitfähige Schicht befindet sich zwischen dem nicht leitfähigen Substrat und der oberen und unteren leitfähigen Schicht.

  • Starre Leiterplatte: Das Substratmaterial ist eine feste Struktur, die nicht gebogen oder gefaltet wird. Bietet mechanische Unterstützung für die Platine.

Was sind wichtige Richtlinien bei der Ausstattung von Leiterplatten aus FERRO-Materialien?

Beachten Sie bei der Auswahl von FERRO-Materialien für Ihre Leiterplatte die folgenden Richtlinien:

Dielektrizitätskonstanten müssen übereinstimmen

Die Dielektrizitätskonstanten des FERRO-Materials und anderer Platinenbestandteile müssen übereinstimmen, um Leistungsprobleme zu vermeiden.

Kosten

FERRO-Materialien können viel Geld kosten, aber Sie erhalten die besten Eigenschaften für verschiedene Board-Funktionen.

Verwenden Sie glatte und leitfähige Folien

Glatte Kupferfolie reduziert Verluste bei hohen Frequenzen, während schlechte Leiter Schaltungsdämpfung verursachen können.

Passen Sie den Wärmeausdehnungskoeffizienten an

Eine Nichtübereinstimmung des CTE für POCB-Materialien einschließlich FERRO-Materialien kann getrennte Expansionsraten verursachen, die sich nachteilig auf die Plattenstruktur auswirken.

Können Sie FERRO-Materialien in Hochfrequenz-Leiterplatten einsetzen?

Mit Hochfrequenzschaltungen verarbeiten Sie kleine oder präzise Signale.

Die Fähigkeit der Schaltungen, Signale mit niedrigem Pegel korrekt zu verarbeiten, hängt von einem Gehäuse mit möglichst geringen Verlusten ab.

Verluste entstehen durch Reflexionen, bei denen sich die Impedanzen mit der Signalabsorption in den Leiterplattenmaterialien ändern. FERRO-Materialien bieten Ihnen eine hervorragende Signalabsorption, die Verluste verhindert.

Sie können Schwankungen der Impedanz zu Verlusten verfolgen, die durch Reflexionen verursacht werden.

Zusätzlich tragen Variationen in der Laminatdicke, der Dielektrizitätskonstante und der Leiterbahnbreite zu diesen Problemen bei.

Bei Verwendung von FERRO-Materialien können Sie aufgrund der geringeren Komplexität eine Hochfrequenzschaltung in einer zweilagigen oder mehrschichtigen Leiterplatte unterbringen.

Folglich können Sie angesichts der reduzierten Verluste und dielektrischen Eigenschaften eine oder mehrere Schichten laminieren.

Warum müssen Sie Löcher durch FERRO-Materialien in Leiterplatten bohren?

Ausschnitte, Schlitze und die allgemeine Form der fertigen Platine bringen Fertigungseigenschaften einer Rohleiterplatte mit sich.

Die größte Bedeutung kommt den Löchern zu, die in die Platte gebohrt werden.

Es gibt drei Arten von Löchern mit jeweils unterschiedlichem Zweck:

Über Löcher

Sie führen elektrische Signale für Strom und Masse durch die Platinenschichten, indem Sie Durchkontaktierungen verwenden, bei denen es sich um kleine plattierte Löcher handelt.

Durchkontaktierungen gibt es je nach Anwendung in einer Vielzahl von Formen und Größen, einschließlich Durchkontaktierungen, vergrabene, blinde und Mikro-Durchkontaktierungen.

Durchkontaktierungen

Durchkontaktierungen

Komponentenlöcher

Während die meisten Platinenkomponenten oberflächenmontiert sind, werden viele andere noch besser über Durchsteckgehäuse befestigt.

Dazu gehören typischerweise Schalter und andere mechanische Teile, die eine sicherere Montage erfordern.

Mechanische Löcher

Mechanische Merkmale, die Sie an einer Leiterplatte anbringen, einschließlich Lüfter und Halterungen, erfordern Löcher für die Befestigung.

Diese Löcher sind normalerweise nicht plattiert, können es aber sein, wenn eine elektrische Platinenverbindung erforderlich ist.

Sie können Befestigungslöcher verwenden, um Wärme von heißen Komponenten auf die inneren Ebenenschichten zu verteilen.

Wenn Sie solche Löcher im Herstellungsprozess verwenden, handelt es sich um Werkzeuglöcher.

Was sind einige der Bohrrichtlinien für Leiterplatten mit FERRO-Material?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Sie den Bohrprozess auf einer Leiterplatte mit FERRO-Material angehen können:

Gleicher Bohrdurchmesser

Ihre Platine kann viele Bohrer mit ähnlichen Durchmessern enthalten, sodass während des Prozesses ein Wechsel der Bohrer erforderlich ist.

Das Wechseln kann zu Toleranzproblemen führen, die Sie überwinden können, indem Sie einige der Bohrergrößen ändern.

Minimaler Bohrdurchmesser

Verwenden Sie mechanische Bohrergrößen in Bezug auf die Plattendicke. Das Bohren mit kleineren Bohrerdurchmessern ist schwierig, ebenso das Plattieren aufgrund des kleineren Bohrer-Seitenverhältnisses.

Vermeiden Sie blinde und vergrabene Vias

Verwenden Sie blinde und vergrabene Durchkontaktierungen nur dann, wenn dies für Architekturen mit hoher Dichte oder Hochgeschwindigkeitsschaltungen erforderlich ist.

Der Prozess des Konstruierens von blinden und vergrabenen Durchkontaktierungen erhöht die Kosten der Platinenherstellung erheblich.

Welche Bohrtechniken können Sie in Leiterplatten mit FERRO-Materialien anwenden?

Bei der Leiterplattenherstellung stehen zwei Hauptbohrtechniken zur Verfügung: mechanisches Bohren und Laserbohren.

Sie verwenden Bohrer in dieser Bohrtechnologie für Löcher, die einen Durchmesser von etwa 6 Mil überschreiten.

Abbildung 5 Leiterplatte zum mechanischen Bohren

Mechanische Bohrplatine

  • Laserbohren: Mit Laserbohrern können Sie wesentlich kleinere Löcher herstellen, wobei sich Werkstück und Werkzeug während des gesamten Vorgangs vermeiden.

Die Tiefenkontrolle ist einfach mit der Möglichkeit, blinde und vergrabene Durchkontaktierungen herzustellen.

Abbildung 6 Laserbohren der Leiterplatte

Laserbohren von Leiterplatten

Welche Aspekte sind beim Bohren von Leiterplatten mit FERRO-Material zu beachten?

Beim Bohren einer Leiterplatte aus FERRO-Material berücksichtigen Sie zwei Hauptaspekte:

  • Streckung: Die Fähigkeit, Kupfer innerhalb von Durchkontaktierungen erfolgreich zu plattieren, definiert das Seitenverhältnis.

Das Plattieren kleinerer Löcher ist zeitaufwändig und erfordert daher die Verwendung eines Plattierungsbades.

  • Abstand Bohren zum Kupfer: Stellt den Bereich um die Kante eines gebohrten Lochs und das Kupfer-Feature dar. Dieser Wert beträgt typischerweise etwa XNUMX Milli-Inch und eine geringfügige Abweichung kann die Schaltung stören.

Welche Probleme können beim Bohren von FERRO-Materialien in Leiterplatten auftreten?

Zu den Problemen, auf die Sie beim Bohren stoßen, gehören:

  • Eine Verschiebung des Bohrers von der beabsichtigten Achse kann die Bohrgenauigkeit beeinträchtigen.
  • Das gebohrte Loch kann raue Wände haben, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führt.
  • Reibung während des Bohrvorgangs erzeugt Wärme, die das Harz schmilzt.
  • An den Ein- und Austrittspunkten des Bohrers können sich Grate manifestieren.
  • Die Schichten können in einem Delaminierungsprozess eine Trennung aufweisen.
  • Dabei können Kupferformationen als Nagelköpfe entstehen.

Was sind einige der Richtlinien zum Bohren von Leiterplatten aus FERRO-Materialien?

Beim Bohren von Leiterplatten aus FERRO-Material müssen Sie die folgenden Tipps beachten:

  • Halten Sie das Aspektverhältnis auf einem Minimum, um Verschleiß durch Bohren zu vermeiden.
  • Verwenden Sie eine minimale Anzahl von Bohrergrößen, um die Bohrzeit zu verkürzen.
  • Überprüfen Sie die Verbindung, die durch nicht plattierte Löcher und die Lochbeschreibung entsteht.
  • Identifizieren Sie alle Bohrer und Kupfermerkmale, die sich außerhalb des Profils der Platine befinden.
  • Vergleichen Sie die Bohrtoleranz mit den Durchkontaktierungen, um sicherzustellen, dass sie dem gewünschten Seitenverhältnis entsprechen.
  • Informieren Sie sich über die Füllanforderungen von Durchkontaktierungen und die bereitgestellten Fertigungsrichtlinien.

Wie ätzt man FERRO-Materialien in Leiterplatten?

Ätzen ist das Entfernen von Material von einer Oberfläche, um ein gewünschtes Design oder Muster freizulegen.

Neben Plasma- und Laserverfahren setzen Sie im Ätzprozess häufig flüssige Chemikalien ein.

  • Chemisches Ätzen: Chemisches Ätzen ist ein subtraktives Herstellungsverfahren, bei dem Chemikalien zur Materialentfernung eingesetzt werden.

Das Verfahren beinhaltet das Eintauchen des Materials in eine ätzende Chemikalie, die mit dem geschnittenen Bereich reagiert und es auflöst.

  • Laserätzen: Sie verwenden einen Hochleistungslaser, um die Spur des Substrats computergesteuert zu formen.

Die Energie des Laserstrahls verändert die chemische Zusammensetzung des Materials und ermöglicht seine Freisetzung durch Abplatzen oder Verdampfen.

  • Plasmaätzen: Bei diesem Verfahren fokussieren Sie einen Hochgeschwindigkeits-Plasmastrahl, der aus einer Gaskombination besteht, auf ein Material.

Das Plasmaätzen ist einfach und ohne nasse Rückstände, was die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination verringert und die Maßtoleranzen der Platine verbessert.

Falls Sie FERRO-Material oder PCB-Material benötigen, ist Venture hier, um Ihnen zu helfen – Kontaktieren Sie uns jetzt.

 

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