הפיתוח של FR-4
2021-08-30
כשג'ין רודנברי כתב את "מסע בין כוכבים" בפינת ארצות הברית, קבוצת מהנדסים חוקרת פרויקט פחות מסוכן, אבל הפרויקט הזה פיתח פריצת דרך וממשיך להשפיע על הטרמינולוגיה של תעשיית ה-PCB כיום.
המהנדס מארגן את איגוד יצרני החשמל הלאומי, המכונה NEMA. בתעשיית ה-PCB, נציג האיגוד הוא המפרט הטכני "L1". "מסע בין כוכבים" מוסיף מונחים כמו "דג פוטון", "סגסוגת ליתיום כפולה" ו"מנוע עקום" לבני אדם, ו-NEMA יוצר מונחים נוספים עבור תעשיית ה-PCB G-10, יריעת FR-4 ו-FR-5. "FR" הוא חומר המכונה "מעכב בעירה", המסומן בלוגו היצרן אדום. באותה תקופה, החומר המשמש לייצור PCB היה רק חומרים משופרים בנייר. מתחילת שנות ה-1960, המעבר לחומר PCB משופר בזכוכית, ו-NEMA הגדירו מחדש את המושגים הרלוונטיים בתהליך זה והפכה לטרמינולוגיה ספציפית לתעשייה.
הפיתוח של מצע ה-PCB יוביל בהכרח לשינויים בסיווג הביצועים. NEMA מסווגת לפי התכונות הפיזיקליות של ההרכב הכימי הבסיסי לפי החומר. לדוגמה, התעשייה סיווגה לפי טמפרטורת המרת הזכוכית (Tg), משתמשת בדרך כלל במצעי TG "סטנדרטיים" "בינוניים" ו"גבוהים", כך שמעצבי PCB ומשתמשים רבים מאמינים שערך ה-TG ועמידות החום של המצע הם קשר ישיר, והם יציינו מוצרים "גבוהים TG" עבור יישומים עם ביקוש גבוה לחום. חשבתי על הפתגם שספוק אמר - "עובדות לא מספקות תמיד מועדות מאוד לסכנה.
ערך ה-TG הוא רק שינוי הפאזה בהרכב הכימי של השרף, ומתקבלת מספיק אנרגיה (טמפרטורה) כדי להגביר את דרגת הסיבוב של החופש של הפולימר, כך שהוא הופך ממצב זכוכית למצב גומי. אם תמשיך ליישם אנרגיה, המעבר הבא הוא TM או טמפרטורת התכה. הפלסטיק התרמי ערער באופן בלתי צפוי. תיאורטית קיים TM, אך השרף התרמוסי גבוה יותר מטמפרטורת הפירוק התרמית TD, כך שהחומר התרמוסטי לעולם לא יגיע ל-TM, כלומר, לפני הגעה ל-TM, שרף התרמוסין התפרק לפחמן וכל אחד. גַז. ל-TG ו-TD אין מתאם ישיר.
על מנת לקבוע ביצועים תרמיים, החומר צריך להיות שונה לחלוטין כדי לשקול את כל המאפיינים הקשורים ליישום הטרמינל, וזה אומר שיהיה שינוי בסיווג. רק המצע ה"גבוה TG" אינו מספיק, אלא גם ציין את הביצועים המתאימים בהתאם ליישום, כולל TG, TM, זמן היררכי, מקדם התפשטות תרמית של ציר Z ומוליכות תרמית כדי לאפיין באופן מלא את המצע המוחל על המצע. ניהול נמענים.
מ"מסע בין כוכבים", בהדרגה לא נשתמש יותר בכוח הדופק. זה קצת לא נכון. העבודה הראשונה לאחר סיום הלימודים במכללה שלנו היא במעבדת מחקר. באותה תקופה, תוכן העבודה כלל מנוע דופק מרחבי ל"מהירות עיוות". אני בהחלט אומר שאנשים ממשיכים להגביר את קצב השידור של אותות ונתונים. לג'יימס מונטגומרי סקוט (סקוטי) יש אימרה מפורסמת - "אני לא יכול לשנות את החוק הפיזי". כפי שאנו רואים, מה שהוא אמר נכון, אבל אנחנו באמת יכולים לחקור את החוק הפיזי.
ה-PCB בשנות ה-1960 הרבה יותר פשוט. באותה תקופה, תדר הייחוס היה 1 מגה-הרץ, והמעגל היה מורכב בעיקר ממכשיר אנלוגי, ולעתים רחוקות דרש צורת גל מרובעת שרוחב הפס התיאורטי הפך לאינסופי. ניתן לחלק את טווח התדרים הגבוהים שעברו לשני רוחב פס - ניתן להשתמש בFR-4 עם רוחב פס ולא ניתן להשתמש בו. אם נתקלתם במקרה בו לא ניתן להשתמש ב-FR-4, רוב המעצבים יכולים לבחור רק אתגרים - באמצעות הבחירה הייחודית PTFE, אך לאחר השימוש ב-PTFE, העלות יקרה וההיצע מוגבל.
כשקפטן ג'יימס טי קירק פגש את הקליינדונג באימון הסימולציה של Xiaolin Pill, הוא נתקל בסיטואציה שנועדה לאתגר, ולבסוף הוא בחר לבגוד. למעצבי המעגלים של היום יש באמת מזל, הם לא צריכים לרמות, מכיוון שהחסר בין הביצועים והעלות של FR-4 ו-PTFE מולאו על ידי סדרות חדשות רבות של חומרי מצע, לחומרים אלו יש ביצועים שונים במעגלים בתדר גבוה ובמהירות גבוהה . . דור חדש של חומרים הופך את המעצב לבחור במצע גמיש יותר, לא בגלל שיש צורך לעמוד בביצועים הכוללים של הביצועים הכוללים או בעלות גבוהה.
ל-FR-4 עצמו יש התקדמות גדולה מאוד. בתחילה, ל-FR-4 הייתה רק רמה אחת, וה-FR-4 של היום מכסה טבע והרכב כימי שונים. חומרי FR-4 עדכניים חולקו גם ל-FR-4.0 ו-FR-4.1 (המקבילים למעכבי בעירה עם ברום ולמעכבי בעירה עם ברום), מכיוון שאנשים הבינו שכל החומרים של FR-4 זהים, והאפקט המתקבל על ידי גרסה אינו מייצג עוד גרסאות אחרות. "ג'ים, זה FR-4, אבל ה-FR-4 אנחנו מכירים!"
למרות השינויים העצומים בתעשיית ה-PCB בשנים האחרונות, אני מקווה שתמצאו ותפתחו פתרונות חומריים עתידיים באופן אקטיבי כמוני. אני מקווה שנחיה במסע של אל תגיעו במצב בטרם עת, משגשגים.
