Z čoho sú obvodové dosky vyrobené? Príručka výrobcu dosiek plošných spojov k materiálom dosiek

Opýtajte sa väčšiny inžinierov, z čoho je vyrobená doska plošných spojov, a dostanete jediné slovo: sklolaminát. Táto odpoveď je správna, ale pokrýva iba prvú vrstvu dlhšieho príbehu. Doska s plošnými spojmi je starostlivo navrhnutý stoh materiálov a každý z nich si musí zaslúžiť svoje miesto. Substrát dáva doske jej telo a jej elektrickú izoláciu, meď prenáša prúd, spájkovacia maska ​​chráni povrch a konečná úprava udržuje meď spájkovateľnú roky.

V našom závode v Guangde vyrábame dosky od roku 2013, od jednoduchých jednostranných panelov až po 32-vrstvové stohy, takže máme tendenciu odpovedať na túto otázku tak, ako to robí výrobca. Skutočnou otázkou nie je, z čoho je doska plošných spojov vo všeobecnosti vyrobená, ale ktorá kombinácia materiálov prežije prostredie vášho produktu počas jeho očakávanej životnosti.

Základné zložky dosky s plošnými spojmi

Odstráňte žargón a takmer každá doska je vyrobená z rovnakého krátkeho zoznamu materiálov:

• Podklad: izolačný základ, zvyčajne tkané sklolaminát spájaný epoxidovou živicou.
• Medená fólia: laminovaná na substrát a vyleptaná do stôp, podložiek a rovin.
• Pokovovanie: meď a niekedy cín alebo zlato, uložené vo vyvŕtaných otvoroch na prepojenie vrstiev.
• Spájkovacia maska: farebný povlak, ktorý pokrýva všetko okrem podložiek, ktoré potrebujete spájkovať.
• Silkscreen: tlačená legenda, ktorá identifikuje komponenty a referenčné označenia.
• Povrchová úprava: tenká kovová alebo organická vrstva, ktorá zabraňuje oxidácii vystavenej medi.

Každý z týchto materiálov je možné vymeniť, upgradovať alebo zahustiť a každá náhrada súčasne zmení náklady, vyrobiteľnosť a spoľahlivosť v teréne.

Substrát: sklenená tkanina, živica a alternatívy

Štandardný FR-4 začína tkanou sklenenou tkaninou. Tkanina je impregnovaná epoxidovou živicou a čiastočne vytvrdená do fólie nazývanej predimpregnovaný laminát, potom je stohovaná a lisovaná pod teplom a tlakom, kým živica nevytečie a nevytvrdne. Výsledok je pevný, rozmerovo stabilný a vynikajúci izolant: sklo dodáva mechanickú pevnosť, zatiaľ čo živica definuje elektrické a tepelné správanie.

Od tohto počiatočného bodu sa rodina rýchlo rozvetví:

• FR-4 v štandardnej, vysoko-Tg a bezhalogénovej triede, ťažný kôň v tomto odvetví.
• CEM-1 a CEM-3, kompozitné epoxidy s netkaným skleneným jadrom pre cenovo citlivé produkty.
• FR-1 a FR-2, lamináty na báze papiera používané vo veľmi lacných jednostranných doskách.
• Polyimidová fólia, flexibilná základňa pre FPC a rigid-flex dizajny, ktoré sa musia ohýbať.
• PTFE a keramikou plnené uhľovodíkové lamináty, zvolené, keď strata signálu musí zostať nízka pri gigahertzových frekvenciách.

Väčšina dôležitých kompromisov žije skôr v živicovom systéme ako v medi. Teplota skleného prechodu, teplota rozkladu, dielektrická konštanta a absorpcia vlhkosti pochádzajú z chémie laminátu.

Obojstranná OSP PCB FR4 PCB využívajú substrát zo sklenených vlákien z epoxidovej živice, ktorý ponúka vynikajúcu mechanickú pevnosť, odolnosť voči vysokej teplote a elektrické izolačné vlastnosti. Oni a... Zobraziť produkt →

Obojstranná doska FR-4 s povrchovou úpravou OSP je každodenným príkladom: štandardný laminát, štandardná hrúbka a povrchová úprava, ktorá vyhovuje veľkoobjemovému spájkovaniu pretavením bez dodatočných nákladov.

Meď: Časť, ktorá nesie prúd

Druhou podstatnou zložkou je meď. Fólia je špecifikovaná podľa hmotnosti a prevod stojí za zapamätanie: jedna unca medi rozložená na jednu štvorcovú stopu má hrúbku zhruba 35 mikrónov. Digitálne návrhy s jemným rozstupom zvyčajne bežia na fólii s veľkosťou pol unce alebo jednej unce, výkonové dosky dosahujú až dve unce a práca s ťažkou meďou dosahuje tri unce a viac.

Meď sa objavuje na viacerých miestach ako viditeľné stopy. Počas výroby sa dodatočná meď galvanicky pokovuje do každého vyvŕtaného otvoru, aby sa vytvorila súvislá stena valca, a vonkajšie vrstvy sú pred leptaním pokovované vzorom. O tom, či priechod prežije opakované tepelné cykly, rozhoduje kvalita tohto pokovovania, nielen jeho hrúbka.

Keď súčasné požiadavky stúpajú, odpoveďou je často viac medi ako väčšia plocha dosky. Ťažké medené konštrukcie rozkladajú zaťaženie cez vnútorné vrstvy, čo udržuje nárast teploty pod kontrolou bez externého chladiča.

14-vrstvová meď Hrubé medené dosky plošných spojov využívajú ultra hrubú medenú fóliu v rozsahu od 3 oz do 20 oz, ktorá sa môže pochváliť výnimočnou prúdovou kapacitou (viac ako 100 A) a odolnosťou voči vysokej teplote ... Zobraziť produkt →

Keď je sklolaminát zlou voľbou

FR-4 odpovedá na väčšinu otázok, ale keď to nedokáže, prevezmú tri materiálne rodiny.

Dosky s kovovým a medeným jadrom

Hliník sa používa ako základ, keď teplo musí rýchlo opustiť dosku. K hliníku je pripojená tenká dielektrická vrstva, na vrchu sú vyleptané medené obvody a kovový podklad pôsobí ako rozvádzač tepla. Verzie s medeným jadrom idú ešte ďalej a nesú veľmi vysoké prúdové hustoty v osvetlení LED, motorových pohonoch a konverzii energie. Aj keď je dielektrická vrstva tenká, stále musí držať plné pracovné napätie, takže jej hrúbka a tepelná vodivosť sú dve čísla, ktoré stojí za to skontrolovať ako prvé.

Jednostranná hliníková doska plošných spojov Kovové substráty využívajú hliník, meď a iné kovy ako svoju jadrovú tepelne vodivú vrstvu. Špeciálne izolačné dielektrikum dosahuje vynikajúci odvod tepla... Zobraziť produkt →

Keramické podklady

Oxid hlinitý a nitrid hliníka prinášajú tepelnú vodivosť, ktorej sa žiadny polymérový laminát nevyrovná, spolu s koeficientom tepelnej rozťažnosti blízkym kremíku. Objavujú sa vo vysokovýkonných LED moduloch, vysokofrekvenčných výkonových stupňoch a senzoroch, ktoré musia pracovať aj pri veľkých teplotných výkyvoch.

Flexibilné fólie

Polyimid nahrádza sklenenú tkaninu, keď sa doska musí ohýbať. Platia rovnaké pravidlá medi a povrchovej úpravy, mení sa len podklad a s ním aj pravidlá manipulácie pri montáži.

Spájkovacia maska, sieťotlač a povrchové úpravy

Spájkovacia maska je náter na báze epoxidu aplikovaný na dosku a potom vytvrdený. Zabraňuje spájaniu spájky medzi podložkami, chráni meď pod ňou pred vlhkosťou a kontamináciou a dodáva doske známu farbu. Zelená je tradičná, pretože má najdlhší záznam v zobrazovaní a kontrole, ale čierna, modrá, červená a matná čierna sú dnes rutinou. Silkscreen atrament je vytlačený na vrchu masky na označenie komponentov a polarity, a hoci neprenáša žiadny prúd, je to prvá vec, na ktorú sa montážny operátor spolieha.

Povrchová úprava je posledným rozhodnutím o materiáli a jedným z najdôležitejších. Vyrovnávanie horúcim vzduchom je lacná možnosť, OSP je organický a po niekoľkých pretaveniach vybledne a ENIG alebo ponorná strieborná poskytuje rovný povrch pre diely s jemným rozstupom. Tam, kde sa doska vkladá a odstraňuje opakovane, je riešením tvrdé zlato. Všetky naše povrchové úpravy sú dostupné v bezolovnatých verziách.

Materiály dosiek plošných spojov v skratke

Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje materiálové systémy, ktoré staviame najčastejšie a z čoho je každý vyrobený.

Ako si aplikácia vyberá materiál

Výber materiálu je zriedka slobodnou voľbou. Sleduje prostredie, v ktorom bude predstavenstvo žiť.

Spotrebné a spotrebné výrobky

Tam, kde dominujú náklady, zvyčajne stačí štandardný FR-4 alebo CEM-3 s povrchovou úpravou HASL alebo OSP.

Automobilové a priemyselné riadenie

Vibrácie, tepelné cykly a dlhá životnosť posúvajú dizajn smerom k laminátom s vysokým Tg, hrubšej medi a povrchovým úpravám, ako je ENIG, ktoré prežijú opakované pretavenie.

Výkonové a vysokofrekvenčné konštrukcie

Tepelný manažment a integrita signálu majú prednosť, čo znamená, že materiály s kovovým jadrom, keramikou alebo PTFE sú skôr materiály ako hrubšia sklenená doska.

Ak si nie ste istí, kde váš produkt sedí, pomôže vám zistiť, ako sa podobné dosky už vyrábajú. Môžete prehliadať oblasti použitia, ktoré podporujeme vidieť už osvedčené kombinácie materiálov v každom segmente.

Praktické poznámky z predajne

Zákazníkom, ktorí si vyberajú materiály po prvýkrát, hovoríme niekoľko vecí:

1. Vyberte si povrch skôr, ako je rozloženie zmrazené, pretože na ňom závisí geometria podložky a fixácia.
2. Hmotnosť medi prispôsobte prúdu, nie zvyku, pretože nadrozmerná meď zvyšuje obtiažnosť leptania a náklady.
3. Opýtajte sa na Tg včas, pretože laminát s vysokým Tg stojí o niečo viac a odstraňuje celú triedu porúch v teréne.
4. Pred uvoľnením potvrďte zostavený výkres, pretože väčšina oneskorení začína ako chýbajúca alebo nejednoznačná vrstva.

Ak sa chcete hlbšie pozrieť na to, ako spolupôsobí výber laminátu, hmotnosť medi a povrchová úprava, náš sprievodca výber materiálov FR-4, RF a kovového jadra prechádza porovnaniami podrobnejšie.

Z čoho sú teda dosky plošných spojov vyrobené? Sklenená tkanina a epoxidová živica, medená fólia a pokovované valce, spájkovacia maska, vytlačená legenda a konečná úprava, vďaka ktorej je všetko spájkovateľné. Zaujímavou časťou nie je samotný zoznam, ale spôsob, akým sú tieto materiály prispôsobené úlohe. Urobte správnu zhodu a doska bude ticho vykonávať svoju prácu desať alebo viac rokov.