Od čega su izrađene strujne ploče? Vodič za proizvođače PCB materijala za ploče

Pitajte većinu inženjera od čega je izrađena tiskana ploča i dobit ćete jednu jedinu riječ: stakloplastika. Taj odgovor je točan, ali pokriva samo prvi sloj duže priče. Tiskana ploča pažljivo je projektirana hrpa materijala i svaki od njih mora zaslužiti svoje mjesto. Podloga daje ploči njezino tijelo i električnu izolaciju, bakar nosi struju, maska za lemljenje štiti površinu, a završni završni sloj omogućuje da se bakar godinama lemi.

Proizvodimo ploče u našem pogonu u Guangdeu od 2013., od jednostavnih jednostranih ploča do hrpa od 32 sloja, tako da smo skloni odgovoriti na ovo pitanje onako kako to proizvođači rade. Pravo pitanje nije od čega je PCB općenito napravljen, već koja će kombinacija materijala preživjeti u okruženju vašeg proizvoda tijekom očekivanog vijeka trajanja.

Osnovni sastojci strujne ploče

Oslobodite se žargona i gotovo svaka ploča napravljena je od istog kratkog popisa materijala:

Podloga: izolacijska baza, obično tkana stakloplastika spojena epoksidnom smolom.
Bakrena folija: laminirana na podlogu i urezana u tragove, jastučiće i ravnine.
Oplata: bakar, a ponekad i kositar ili zlato, naneseni unutar izbušenih rupa za povezivanje slojeva.
Maska za lemljenje: premaz u boji koji prekriva sve osim jastučića koje trebate lemiti.
Sitotisak: tiskana legenda koja identificira komponente i referentne oznake.
Površinska obrada: tanki metalni ili organski sloj koji sprječava oksidaciju izloženog bakra.

Svaki od ovih materijala može se zamijeniti, nadograditi ili podebljati, a svaka zamjena istovremeno mijenja cijenu, mogućnost izrade i pouzdanost na terenu.

Podloga: staklena tkanina, smola i alternative

Standard FR-4 počinje s tkanom staklenom tkaninom. Tkanina se impregnira epoksidnom smolom i djelomično stvrdnjava u sloj koji se naziva prepreg, zatim se slaže i preša pod toplinom i pritiskom dok smola ne poteče i ne očvrsne. Rezultat je krut, dimenzijski stabilan i izvrstan izolator: staklo osigurava mehaničku čvrstoću dok smola definira električno i toplinsko ponašanje.

Od te početne točke obitelj se brzo grana:

FR-4 u standardnim, visokim Tg i bez halogena, radni konj u industriji.
CEM-1 i CEM-3, kompozitni epoksidi s jezgrom od netkanog stakla za jeftine proizvode.
FR-1 i FR-2, laminati na bazi papira koji se koriste u vrlo jeftinim jednostranim pločama.
Poliimidna folija, fleksibilna baza za FPC i krute savitljive dizajne koji se moraju savijati.
PTFE i ugljikovodični laminati punjeni keramikom, odabrani kada gubitak signala mora ostati nizak na frekvencijama gigaherca.

Većina važnih kompromisa leži u sustavu smole, a ne u bakru. Temperatura staklenog prijelaza, temperatura razgradnje, dielektrična konstanta i apsorpcija vlage dolaze iz kemije laminata.

Dvostrani OSP PCB FR4 PCB-ovi koriste podlogu od stakloplastike od epoksidne smole, nudeći izvrsnu mehaničku čvrstoću, otpornost na visoke temperature i svojstva električne izolacije. Oni su... Pogledajte proizvod →

Dvostrana FR-4 ploča s OSP završnom obradom svakodnevni je primjer: standardni laminat, standardne debljine i završne obrade koja odgovara velikom volumenu reflow lemljenja bez dodatnih troškova.

Bakar: dio koji nosi struju

Bakar je drugi bitan sastojak. Folija je određena težinom, a pretvorbu vrijedi zapamtiti: jedna unca bakra raspoređena na jednu četvornu stopu debljine je otprilike 35 mikrona. Digitalni dizajni s finim korakom obično se izvode na foliji od pola unce ili jedne unce, ploče za napajanje povećavaju se do dvije unce, a rad s teškim bakrom ide do tri unce i više.

Bakar se pojavljuje na više mjesta od vidljivih tragova. Tijekom izrade, dodatni bakar se galvanizira u svaku izbušenu rupu kako bi se formirala kontinuirana stijenka bačve, a vanjski slojevi se prije jetkanja nanose uzorkom. Kvaliteta te oplate, a ne samo njezina debljina, odlučuje hoće li otvor preživjeti ponovljene toplinske cikluse.

Kada trenutni zahtjevi porastu, odgovor je često više bakra umjesto veće površine ploče. Teške bakrene konstrukcije raspoređuju opterećenje preko unutarnjih slojeva, što drži rast temperature pod kontrolom bez vanjskog hladnjaka.

14-slojni bakar Debeli bakreni PCB-ovi koriste ultra-debelu bakrenu foliju u rasponu od 3 oz do 20 oz, koja se može pohvaliti iznimnim kapacitetom prijenosa struje (preko 100 A) i otpornošću na visoke temperature ... Pogledajte proizvod →

Kada je stakloplastika pogrešan izbor

FR-4 odgovara na većinu pitanja, ali tri materijalne obitelji preuzimaju kada to ne može.

Ploče s metalnom i bakrenom jezgrom

Aluminij se koristi kao baza kada toplina mora brzo napustiti ploču. Tanki dielektrični sloj spojen je na aluminij, bakreni krug je ugraviran na vrhu, a metalna podloga djeluje kao raspršivač topline. Verzije s bakrenom jezgrom idu dalje, noseći vrlo visoke gustoće struje u LED rasvjeti, motornim pogonima i pretvorbi energije. Iako je tanak, taj dielektrični sloj još uvijek mora izdržati puni radni napon, tako da su njegova debljina i toplinska vodljivost dvije brojke koje vrijedi prvo provjeriti.

Jednostrana aluminijska tiskana ploča Metalne podloge koriste aluminij, bakar i druge metale kao svoj temeljni toplinski vodljivi sloj. Specijalizirani izolacijski dielektrik postiže vrhunsko odvođenje topline... Pogledajte proizvod →

Keramičke podloge

Aluminij i aluminijev nitrid donose toplinsku vodljivost s kojom se nijedan polimerni laminat ne može mjeriti, zajedno s koeficijentom toplinske ekspanzije bliskim siliciju. Pojavljuju se u LED modulima velike snage, RF stupnjevima napajanja i senzorima koji moraju nastaviti raditi bez obzira na velike promjene temperature.

Fleksibilne folije

Poliimid zamjenjuje staklenu tkaninu kada se ploča mora savijati. Primjenjuju se ista pravila za bakar i završnu obradu, mijenja se samo baza, a s njom i pravila rukovanja tijekom montaže.

Maska za lemljenje, sitotisak i završni slojevi

Maska za lemljenje je premaz na bazi epoksida koji se nanosi preko ploče i potom stvrdnjava. Sprječava premošćivanje lemljenja između jastučića, štiti bakar ispod od vlage i kontaminacije i daje ploči poznatu boju. Zelena je tradicionalna jer ima najduži staž u snimanju i pregledu, ali crna, plava, crvena i mat crna danas su rutina. Tinta za sitotisak otisnuta je na vrhu maske za označavanje referenci komponenti i polariteta, a iako ne provodi struju, prva je stvar na koju se operater montaže oslanja.

Površinska obrada posljednja je odluka o materijalu i jedna od najvažnijih. Niveliranje lemljenjem vrućim zrakom jeftina je opcija, OSP je organski i blijedi nakon nekoliko pretapanja, a ENIG ili imerzijsko srebro daje ravnu površinu za dijelove s malim korakom. Tamo gdje se ploča više puta umeće i uklanja, tvrdo zlato je rješenje. Svi naši završni slojevi dostupni su u verzijama bez olova.

Materijali tiskanih ploča na prvi pogled

Donja tablica sažima sustave materijala koje najčešće gradimo i od čega je svaki napravljen.

Uobičajeni sustavi materijala za tiskane ploče, njihov sastav i primjene kojima najbolje odgovaraju.
Materijalni sustav	Od čega je napravljen	Tipična uporaba
FR-4	Tkanina od fiberglasa spojena epoksidnom smolom	Opća elektronika, 1 do 32 sloja
CEM-3	Jezgra od netkanog stakla s epoksidnom smolom	Troškovno osjetljive potrošačke ploče
Aluminijska metalna jezgra	Aluminijska baza, dielektrični sloj, bakrena folija	LED rasvjeta i napajanje
Bakrena jezgra	Debela bakrena baza s dielektrikom i bakrenom folijom	Strujni krugovi velike struje
Aluminij keramika	Sinterirani aluminijev oksid s debelim slojem bakra	RF snaga, senzori, LED moduli
Fleksibilan poliimid	Poliimidni film s valjanim ili elektrotaloženim bakrom	Savitljivi i kruti savitljivi sklopovi
Visokofrekventni laminat	PTFE ili ugljikovodik s keramičkim punjenjem	Radar, 5G, mikrovalne veze

Kako aplikacija bira materijal

Odabir materijala rijetko je slobodan izbor. Prati okruženje u kojem će ploča živjeti.

Potrošački proizvodi i uređaji

Gdje dominira trošak, obično je dovoljan standardni FR-4 ili CEM-3 s HASL ili OSP završnom obradom.

Automobilska i industrijska kontrola

Vibracije, termalni ciklusi i dug radni vijek guraju dizajne prema laminatima s visokom Tg, debljem bakru i završnim slojevima kao što je ENIG koji preživljavaju opetovano reflow.

Snaga i visokofrekventni dizajni

Toplinsko upravljanje i integritet signala imaju prioritet, što znači metalna jezgra, keramika ili materijali na bazi PTFE-a umjesto deblje staklene ploče.

Ako niste sigurni gdje se nalazi vaš proizvod, pomaže vam vidjeti kako se slične ploče već izrađuju. Možete pregledavati područja primjene koja podržavamo vidjeti već dokazane kombinacije materijala u svakom segmentu.

Praktične bilješke iz trgovine

Nekoliko stvari koje govorimo kupcima koji prvi put biraju materijale:

Odaberite završnu obradu prije nego što se raspored zamrzne, jer geometrija jastučića i šatora ovise o tome.
Uskladite težinu bakra s trenutnom snagom, a ne s navikom, budući da preveliki bakar povećava poteškoće i troškove graviranja.
Raspitajte se o Tg rano, jer laminat s visokim Tg košta malo više i uklanja cijelu klasu grešaka na terenu.
Potvrdite crtež slaganja prije objavljivanja, jer većina odgoda počinje kao sloj koji nedostaje ili je dvosmislen.

Ako želite dublji uvid u interakciju izbora laminata, težine bakra i završne obrade, naš vodič za odabir materijala FR-4, RF i metalne jezgre detaljnije prolazi kroz usporedbe.

Dakle, od čega su sklopljene ploče? Staklena tkanina i epoksidna smola, bakrena folija i obložene bačve, maska za lemljenje, ispisana legenda i završna obrada koja sve čini lemljivim. Zanimljiv dio nije sam popis, već način na koji su ti materijali usklađeni s poslom. Ispravite taj spoj i ploča će mirno raditi svoj posao desetljeće ili više.