Какие материалы используются для изготовления печатных плат. Какие бывают виды диэлектриков для печатных плат. Каковы основные характеристики материалов для печатных плат. Как правильно выбрать материал для печатной платы.
Основные виды материалов для печатных плат
При производстве печатных плат используются различные материалы, выбор которых зависит от назначения и требований к готовому изделию. Основные виды материалов для печатных плат включают:
- Фольгированные диэлектрики (FR-4, FR-5, СФ, СТФ и др.)
- Гибкие и гибко-жесткие материалы (полиимид, полиэфир)
- СВЧ-материалы с низкими диэлектрическими потерями
- Металлические основания для плат с высоким теплоотводом
- Керамические материалы для специальных применений
Наиболее распространенным базовым материалом является стеклотекстолит FR-4 — композитный материал из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой. Он обладает хорошим сочетанием электрических, механических и технологических свойств при умеренной стоимости.
Характеристики материалов для печатных плат
При выборе материала для печатной платы учитываются следующие основные характеристики:
- Диэлектрическая проницаемость (ε) — влияет на скорость распространения сигнала
- Тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) — определяет потери энергии в диэлектрике
- Температура стеклования (Tg) — температура размягчения материала
- Коэффициент теплового расширения (КТР) — влияет на надежность межсоединений
- Прочность на отрыв фольги — характеризует адгезию медной фольги
- Влагопоглощение — влияет на стабильность свойств
Для каждого конкретного применения выбирается материал с оптимальным сочетанием этих характеристик.
Фольгированные диэлектрики для печатных плат
Фольгированные диэлектрики составляют основу большинства печатных плат. Они представляют собой слоистый материал из диэлектрического основания, покрытого с одной или двух сторон медной фольгой. Наиболее распространенные виды:
- FR-4 — стеклотекстолит на основе эпоксидной смолы (Tg = 130-140°C)
- FR-5 — высокотемпературный стеклотекстолит (Tg = 170-180°C)
- СФ-2 — фенольный гетинакс на бумажной основе
- СТФ — теплостойкий стеклотекстолит
Выбор конкретной марки зависит от требуемых электрических, механических и температурных характеристик печатной платы.
Гибкие материалы для печатных плат
Для изготовления гибких и гибко-жестких печатных плат применяются специальные полимерные пленки:
- Полиимид — обладает высокой термостойкостью и гибкостью
- Полиэфир (лавсан) — более дешевый материал с ограниченной термостойкостью
- Полиэтилентерефталат (ПЭТ) — применяется для недорогих гибких плат
Гибкие материалы позволяют создавать печатные платы, способные изгибаться без повреждений. Это востребовано в портативной электронике, медицинской технике, автомобильной промышленности.
СВЧ-материалы для печатных плат
Для изготовления СВЧ-плат применяются специальные материалы с низкими диэлектрическими потерями на высоких частотах:
- Фторопласты (PTFE) — обладают низкой диэлектрической проницаемостью
- Керамические композиты — сочетают низкие потери и высокую теплопроводность
- Специальные марки FR-4 с улучшенными СВЧ-характеристиками
СВЧ-материалы позволяют минимизировать потери и искажения сигнала на высоких частотах. Это критично для телекоммуникационного оборудования, радаров, систем спутниковой связи.
Металлические основания для печатных плат
Для изготовления плат с высоким теплоотводом применяются материалы на металлическом основании:
- Алюминиевые подложки — обеспечивают хороший теплоотвод при низкой стоимости
- Медные подложки — обладают максимальной теплопроводностью
- Подложки из нержавеющей стали — сочетают прочность и теплопроводность
Металлические основания позволяют эффективно отводить тепло от мощных компонентов. Это востребовано в силовой электронике, светодиодном освещении, автомобильной промышленности.
Выбор материала для печатной платы
При выборе материала для печатной платы необходимо учитывать множество факторов:
- Требуемые электрические характеристики (ε, tgδ)
- Рабочую температуру и термоциклирование
- Механические нагрузки и вибрации
- Условия эксплуатации (влажность, агрессивные среды)
- Требования к надежности и сроку службы
- Технологичность изготовления и монтажа
- Стоимость материала
Правильный выбор материала обеспечивает оптимальное сочетание характеристик и стоимости печатной платы для конкретного применения. При необходимости применяются комбинации различных материалов.
Толщина материалов для печатных плат
Толщина базовых материалов для печатных плат может варьироваться в широких пределах:
- Стандартный FR-4: от 0,2 мм до 3,2 мм
- Тонкие материалы для гибких плат: от 0,025 мм
- Толстые материалы для силовой электроники: до 6 мм и более
Выбор толщины зависит от требуемой жесткости платы, необходимости обеспечения теплоотвода, требований к импедансу линий передачи. Для многослойных плат суммарная толщина складывается из толщин отдельных слоев.
Покрытия печатных плат
Помимо базовых материалов, при производстве печатных плат применяются различные функциональные покрытия:
- Паяльная маска — защищает проводники от случайных замыканий
- Финишные покрытия контактных площадок (HASL, иммерсионное золото, OSP)
- Углеродные покрытия для контактных клавиатур
- Маркировочные надписи
Выбор покрытий зависит от технологии монтажа компонентов, требований к надежности и условий эксплуатации печатной платы. Правильно подобранные покрытия обеспечивают качественный монтаж и длительный срок службы изделия.
Материалы для производства печатных плат
Исходный материал — диэлектрическое основание, ламинированное с одной или двух сторон медной фольгой.
В качестве диэлектрика могут выступать:
- листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол — стеклотекстолит (СФ, СТФ, СТАП, FR4 и т.п.)
- листы с керамическим наполнителем, армированные стекловолокном — Rogers RO5603, RO4350
- листы фторопласта (PTFE), также армированные — Arlon AD 250 и 255, Arlon (AD и AR),
- ламинаты на металлическом основании (алюминий, медь, нержавеющая сталь)
- плёнки из полиимида, полиэтилентерефталата (PET, ПЭТФ, лавсан)
Материалы для стандартных односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат
Фольгированный стеклотекстолит FR4 с температурой стеклования 135ºС, 150ºС и 170ºС является наиболее распространенным материалом для производства односторонних и двухсторонних печатных плат. Толщина стеклотекстолита обычно варьируется от 0,5 до 3,0 мм.
Достоинства FR4: хорошие диэлектрические свойства, стабильность характеристик и размеров, высокая устойчивость к воздействию неблагоприятных климатических условий.
Во многих случаях, где требуются достаточно простые печатные платы (при производстве бытовой аппаратуры, различных датчиков, некоторых комплектующих к автомобилям и т.п.) превосходные свойства стеклотекстолита оказываются избыточными, и на первый план выходят показатели технологичности и стоимости. В таких случаях обычно используют следующие материалы:
- XPC, FR1, FR2 — фольгированные гетинаксы (основа из целлюлозной бумаги, пропитанной фенольной смолой), широко применяется при изготовлении печатных плат для бытовой электроники, аудио-, видео техники, в автомобилестроении (расположены в порядке возрастания показателей свойств, и, соответственно, цены). Прекрасно штампуются.
- CEM-1 — ламинат на основе композиции целлюлозной бумаги и стеклоткани с эпоксидной смолой. Прекрасно штампуется.
Материалы для плат с повышенной теплоотдачей
Платы с металлическим основанием находят широкое применение в устройствах с мощными светодиодами, источниках питания, преобразователях тока, модулях управления двигателями.
Основанием платы служит металлическая пластина. В зависимости от требуемых характеристик выбирается материал. Наиболее часто используются алюминиевые сплавы:
- 1100 (отечественный аналог сплав АД) — из-за небольшого количества примесей материал обладает хорошей теплопроводностью (220 W/mK), пластичен, недостатками являются: невысокая механическая прочность и вязкость, что затрудняет механическую обработку контура печатных плат;
- 5052 (отечественный аналог сплав АМг2.5) — наиболее употребительны, несмотря на относительно не очень высокую теплопроводность (порядка 140 W/mK), хорошо обрабатываются, относительно дешевы;
- 6061 (отечественный аналог сплав АДЗЗ) — применяется, когда требуется повышенная коррозионная стойкость, помимо этого обладает повышенной механической прочностью. К недостаткам можно отнести более высокую цену по сравнению с вышеперечисленными сплавами.
В случаях, когда требуется очень высокая теплопроводность, в качестве металлического основания используется медь. Теплопроводность меди 390 W/mK, к недостаткам можно отнести высокую стоимость и затрудненность механической обработки фрезерованием вследствие высокой вязкости. Когда требуется высокая коррозионная стойкость и механическая прочность, в качестве металлического основания используется нержавеющая сталь.
Материалы для СВЧ печатных плат
При производстве СВЧ печатных плат применяются специальные диэлектрические материалы, характеризующиеся повышенной (в сравнении со стандартным FR4) стабильностью величины диэлектрической проницаемости и низкими потерями в широком диапазоне рабочих частот (от единиц МГц до десятков ГГц).
Спектр материалов для производства СВЧ печатных плат весьма широк: в качестве диэлектрика, как в чистом виде, так и в различных комбинациях (для придания необходимых характеристик, например термостабильности) применяют различные полимеры, керамику.
Многослойные конструкции СВЧ печатных плат выполняют как с применением только специализированных материалов, так и с применением стандартных материалов FR4. Например, с целью снижения стоимости, СВЧ диэлектрик используют только для разделения одного или двух внешних сигнальных слоёв, а для остальных — используют обычный FR4 (такие конструкции МПП называются гибридными).
Материалы для гибких печатных плат
Доминирующим базовым материалом для производства гибких ПП является полиимид. Хотя полиэтилентерефталат существенно дешевле, его применяют значительно реже в виду более узкого диапазона рабочих температур и недостаточной размерной стабильности. Несмотря на недостатки полиэтилентерефталата, он всё же обладает рядом преимуществ, таких, например, как хорошая химическая стойкость и низкое влагопоглощение, а также он легко формуется (низкотемпературный термопласт). Наибольшее применение находит для изготовления односторонних гибких плат для узлов автомобильной промышленности.
Технологии | » Технологии » Конструкции и материалы печатных плат » Материалы для печатных плат | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Наша компания изготавливает печатные платы из высококачественных импортных материалов, начиная от типового FR4 и заканчивая СВЧ-материалами и полиимидом. В данном разделе мы определяем основные термины и понятия, применяемые в области проектирования и изготовления печатных плат. Раздел повествует о совсем простых вещах, знакомых каждому инженеру-конструктору. Однако и тут есть ряд нюансов, которые многие разработчики не всегда принимают во внимание. *** Дополнительную информацию можно получить, заказав справочник «Многослойные печатные платы» > Конструкция многослойных печатных плат Глухие и скрытые отверстия
Tg — температура стеклования (разрушения структуры) Базовые диэлектрики для печатных плат Толщина материала
• — Как правило, в наличии;
Диэлектрическая проницаемость препрега FR4 может составлять от 3. 8 до 4.4 в зависимости от марки.
* Dk — диэлектрическая проницаемость
Примечание: СВЧ-материалы не всегда есть на складе, и срок их поставки может доходить до 1 месяца. При выборе конструкции платы надо уточнить состояние склада производителя МПП.
Dk — Диэлектрическая проницаемость Хочется отметить важность следующих моментов: Покрытия площадок печатной платы
Примечание: все покрытия, кроме HASL, совместимы с директивой RoHS и подходят для бессвинцовой пайки. Защитные и другие виды покрытий печатной платы
Заключение |
Материал платы печатной платы, Тип материала печатной платы
Руководство по выбору материалов для печатных плат
Печатная плата является наиболее важной частью электроники. С другой стороны, аббревиатура также относится к печатным платам и печатным платам, которые по сути являются одним и тем же. Из-за решающей роли этих плат во всем, от компьютеров до калькуляторов, выбор материала для печатных плат должен осуществляться с осторожностью и знанием электрических потребностей данной части оборудования.
До разработки печатных плат материалы печатных плат в основном были покрыты гнездами из запутанных, перекрывающихся проводов, которые могли легко выйти из строя в определенных соединениях. Они также могли замкнуться, когда возраст взял верх и некоторые провода начали трескаться. Как и следовало ожидать, ручной процесс разводки этих первых плат был запутанным и кропотливым.
Поскольку все большее разнообразие повседневных электронных компонентов стало основываться на печатных платах, началась гонка по разработке более простых и компактных альтернатив, что привело к разработке материала, печатной платы. С материалами для печатных плат схемы могут быть проложены между множеством различных компонентов. Металл, который облегчает передачу тока между платой и любыми прикрепленными компонентами, известен как припой, который также служит двойной цели благодаря своим клеящим свойствам.
Состав материала печатной платы
Печатная плата обычно состоит из четырех слоев, которые ламинируются вместе в один слой. Различные типы материалов для печатных плат, используемых в печатных платах сверху вниз, включают шелкографию, паяльную маску, медь и подложку.
Последний из этих слоев, подложка, изготовлен из стекловолокна и также известен как FR4, где буквы FR означают «огнестойкий». Этот слой подложки обеспечивает прочную основу для печатных плат, хотя толщина может варьироваться в зависимости от использования данной платы.
На рынке также существует более дешевый ассортимент плат, в которых не используются те же вышеупомянутые материалы подложки печатных плат, а вместо этого они состоят из фенолов или эпоксидных смол. Из-за термической чувствительности этих плит они легко теряют слоистость. Эти более дешевые платы часто легко идентифицировать по запаху, который они издают при пайке.
Второй слой печатной платы представляет собой медь, которая ламинируется на подложку смесью тепла и клея. Слой меди тонкий, а на некоторых платах таких слоев два — один над и один под подложкой. Печатные платы только с одним слоем меди, как правило, используются для более дешевых электронных устройств.
Широко используемый ламинат с медным покрытием (CCL) можно разделить на разные категории в соответствии с различными классификационными стандартами, включая армирующий материал, использованный клей на основе смолы, воспламеняемость, характеристики CCL. Краткая классификация CCL представлена в следующей таблице.
Стандарт классификации | Материал | |
---|---|---|
Армирующий материал | Базовый класс бумаги | Смола PF (XPC, FR1, FR2) Эпоксидная смола (FE-3) Полиэфирная смола |
Стеклоткань базового класса | Эпоксидная смола (FR4, FR5) | |
Композитный эпоксидный материал (CEM) | / | |
Базовый класс ламинирования многослойный | / | |
Базовый класс специального материала | БТ, ПИ, ППО, МС | |
Воспламеняемость | Огнестойкий тип | УЛ94-ВО, УЛ94-В1 |
Невзрывозащищенный тип | УЛ-94-ХБ | |
CCL Производительность | CCL с обычным исполнением | / |
CCL с низкой диэлектрической проницаемостью | / | |
CCL с высокой термостойкостью | / | |
CCL с низким коэффициентом теплового расширения | / |
Над зеленой паяльной маской находится слой шелкографии, на который добавляются буквы и числовые индикаторы, которые делают печатную плату удобочитаемой для технических программистов. Это, в свою очередь, облегчает сборщикам электроники размещение каждой печатной платы в нужном месте и в правильном направлении на каждом компоненте. Слой шелкографии обычно белый, хотя иногда также используются такие цвета, как красный, желтый, серый и черный.
Технические термины уровня платы
Помимо знания того, как устроена печатная плата, вы должны знать технические термины, сопровождающие использование печатных плат:
• Кольцевое кольцо. Медное кольцо, окружающее отверстия на печатной плате.
• ДРК. Акроним для проверки правил проектирования. По сути, DRC — это практика, при которой дизайн печатной платы проверяется на предмет ее функциональности. Детали, которые проверяются, включают ширину дорожек и просверленных отверстий.
• Удар сверла. Используется для описания всех отверстий на печатной плате, правильных или неуместных. В некоторых случаях отверстие может быть немного неправильным из-за тупого бурового оборудования, используемого во время производства.
• Палец. Металл, выступающий вдоль края платы, который служит точками соединения двух печатных плат. Пальцы чаще всего встречаются на старых видеоиграх и картах памяти.
• Биты мыши. Участок печатной платы слишком просверлен до такой степени, что это угрожает структурной целостности платы.
• Накладка. Область открытого металла на печатной плате, на которую обычно накладывается припаянная деталь.
• Панель. Большая печатная плата, состоящая из меньших плат, которые в конечном итоге разделяются для индивидуального использования.
• Вставить трафарет. Металлический трафарет на плате, на который нанесена паста для пайки.
• Самолет. Большой участок открытой меди на печатной плате, отмеченный границами, но без пути.
• Сквозное отверстие с покрытием. Отверстие, которое проходит прямо через печатную плату, обычно для подключения другого компонента. Отверстие покрыто металлом и обычно имеет кольцевое кольцо.
• Слот. Любое отверстие, которое не является круглым. Печатные платы со слотами часто стоят дорого из-за производственных затрат на создание отверстий необычной формы на печатной плате. Щели обычно не покрыты.
• Поверхностный монтаж. Метод, при котором внешние детали монтируются непосредственно на печатную плату без сквозных отверстий.
• След. Непрерывная медная линия на печатной плате.
• V-балл. Место, где доска была частично срезана. Это может сделать печатную плату уязвимой для привязки.
• Через. Отверстие, через которое сигналы проходят между слоями. Версии с тентом покрыты защитной паяльной маской, а переходные отверстия без тента используются для крепления коннекторов.
Номер, который предшествует слою, относится к точному количеству проводящих слоев, будь то слой маршрутизации или плоский слой — два типа слоев. Слои, как правило, имеют номер 1 или любое из следующих четырех четных чисел: 2, 4, 6, 8. Доски слоев иногда имеют нечетные номера, но они редки и вряд ли имеют какое-либо значение. Например, основной материал печатной платы в 5-слойной или 6-слойной плате будет практически идентичен.
Два типа слоев имеют разные функции. Слои маршрутизации содержат дорожки. Плоские слои служат разъемами питания и имеют медные плоскости. Плоские слои также имеют островки, которые определяют предназначение платы для передачи сигналов, будь то 3,3 В или 5 В.
FR4 — это кодовое название армированных стекловолокном ламинированных листов на основе эпоксидной смолы. Благодаря своей прочности, а также способности противостоять влаге и огню, FR4 является одним из самых популярных среди всех типов материалов для печатных плат.
Дополнительные соображения по проектированию печатных плат
Такая цифра, как 1,6 мм, используется для обозначения толщины многослойной плиты. Для 4-слойных плат стандартным размером является 1,6 мм. Например, доски большей толщины обеспечат большую поддержку, когда необходимо поддерживать тяжелые соединительные объекты.
Стандартный уровень толщины меди на плоских слоях составляет 35 микрон. С другой стороны, толщина меди иногда указывается в унциях или граммах. Лучше всего выбирать толщину меди выше обычной на платах, которые поддерживают множество приложений.
Дорожки не предназначены для передачи мощности, но иногда это может происходить, когда сигналы неправильно обрабатывают частоты. Если проблему не решить, гусеницы могут потерять значительную часть мощности. Чтобы передать как можно больше мощности с одной стороны гусеницы на другую, схема гусеницы должна учитывать уравнения передачи.
Как правило, два дюйма — это правильное расстояние между дорожками на многослойных платах, состоящих из материала печатной платы FR4 с медными дорожками, при условии, что время сигнала составляет одну наносекунду. Тем не менее, вы должны учитывать влияние линии передачи на большую длину трассы, особенно если целостность сигнала имеет решающее значение. В Интернете полно программ и электронных таблиц, предназначенных для того, чтобы помочь людям правильно рассчитать импеданс для конкретных многослойных плат.
На большинстве плат переходные отверстия пусты, и вы обычно можете видеть сквозь них. Тем не менее, существуют различные обстоятельства, при которых переходные отверстия могут быть заполнены. Для начала необходимо заполнить переходные отверстия, если речь идет о формировании защитных барьеров от пыли и других загрязнений. Во-вторых, переходные отверстия могут быть заполнены для повышения пропускной способности тока, и в этом случае могут использоваться проводящие материалы. Другая причина, по которой переходные отверстия могут быть заполнены, — это выравнивание платы.
Переходные отверстия обычно заполняются элементами массива шариковых решеток (BGA). Если происходит контакт между выводом BGA и внутренним слоем, припой может просочиться через переходное отверстие на другой слой. Таким образом, переходные отверстия заполнены, чтобы гарантировать, что припой не просочится на другой слой, а целостность контактов поддерживается, как предполагалось.
Одним из наиболее неприятных явлений на многослойной плате является разрыв контакта в какой-то точке платы. Чем чаще это происходит, тем скорее эта часть доски может полностью выйти из строя. Обычный пользователь бытовой электроники столкнется с этой проблемой, когда одна из кнопок на калькуляторе перестанет работать. Каждая кнопка нажимает на определенную часть платы слоев, и когда одна точка выходит из строя, кнопка, которая соответствует этой точке, не может послать свой сигнал.
Другой способ, которым контакты могут быть стерты в определенных местах, — это когда дополнительный слот для карты помещается на материнскую плату. Если с картой плохо обращаться, одно из мест вдоль карты может быть повреждено и с этого момента перестанет работать. Лучший способ защитить поверхности доски, соприкасающиеся друг с другом, — это использовать слой золота, который служит барьером, улучшающим жизнь. Однако золото может быть дорогостоящим, и его использование в вкладках добавляет еще один этап в процесс изготовления печатных плат.
Паяльная маска для печатных плат
Цвет материнских плат, с которым знакомо большинство людей, — зеленый, цвет паяльной маски. Хотя паяльная маска встречается не так часто, она также иногда появляется в других цветах, таких как красный или синий. Паяльная маска также известна под аббревиатурой LPISM, что означает жидкая паяльная маска с фотоизображением. Целью паяльной маски является предотвращение утечки жидкого припоя. В последние годы случаи этого стали более распространенными из-за отсутствия паяльной маски. Однако, по мнению большинства, пользователи обычно предпочитают платы с паяльной маской платам без нее.
После того, как паяльная маска нанесена на печатную плату, печатная плата подвергается воздействию расплавленного припоя. Когда происходит этот процесс, открытые поверхности меди припаиваются. Весь процесс известен как выравнивание припоя горячим воздухом (HASL). При пайке SMD-чипов плата нагревается до такой степени, что припой принимает расплавленную форму, а компоненты устанавливаются на свои места. По мере высыхания припоя компоненты также припаиваются. HASL обычно включает свинец в качестве одного из компонентов припоя, хотя существуют и бессвинцовые варианты.
Шаг ширины дорожки обозначен тире. Например, когда вы видите цифру 6/6 мил, это означает, что минимальная ширина дорожки составляет 6 мил, а также минимальное расстояние между дорожками. Следовательно, все расстояния на рассматриваемой плате должны соответствовать или превышать 6 мил. Для тех, кто не знаком, милы используются для определения расстояний на материалах печатных плат. Ширина и расстояние между ними особенно важны, когда речь идет о платах, рассчитанных на большие токи.
Когда печатная плата многослойная, различные дорожки невозможно проверить визуально на предмет их доступности. Поэтому выполняется тест, который размещает зонды в конце дорожек, чтобы убедиться, что все сигналы достижимы. Испытание проводится приложением вольт с одного конца. Если эти напряжения обнаруживаются с другой стороны, пути считаются в рабочем состоянии. Хотя тест не всегда необходим для плат с одним или двумя слоями, он все же рекомендуется, если вы действительно заботитесь о качестве.
Переходные отверстия, соединяющие внутренний и внешний слои, называются глухими переходными отверстиями. Название связано с тем, что такие отверстия можно увидеть только с одной стороны. Переходные отверстия, соединяющие два или более внутренних слоя, известны как скрытые переходные отверстия, которые нельзя обнаружить снаружи ни с одной стороны. На платах, которые содержат глухие и скрытые переходные отверстия, часто используется заполнение переходных отверстий. Это делает внешнюю поверхность более надежной и помогает снизить вероятность проскальзывания припоя и проникновения во внутренние отверстия.
Выбор материалов, влияющий на стоимость
Печатная плата обычно стоит дороже, если она содержит такие элементы, как позолоченные выступы, глухие или скрытые переходные отверстия или сквозное заполнение. Точно так же печатная плата с расстоянием между линиями и шириной менее 6 мил также имеет тенденцию стоить дороже. Причиной таких высоких цен является альтернативный процесс производства необычных печатных плат. Точно так же производство некоторых печатных плат оказывается не таким прибыльным или успешным, когда используются низкие милы или внутренние переходные отверстия, а более высокая цена устанавливается для возмещения убытков. Существуют производители, которые производят печатные платы с размерами линии/ширины всего 3 мил, но обычно это не рекомендуется, если только это не единственный вариант для конкретного компонента.
Влияние мощности и тепла на выбор материала печатной платы
Из всех факторов, влияющих на ПХБ, два наиболее интенсивных — это мощность и тепло. Поэтому крайне важно определить пороговые значения для каждого из них, что можно сделать, оценив теплопроводность печатной платы. Это определяет, как мощность в ваттах превращается в температуру по длине материала. Однако общеотраслевых значений теплопроводности не существует.
Например, компания Rogers Corp. предлагает материал для печатных плат, RT/duroid 5880, который часто применяется в системах РЭБ и связи. Диэлектрическая проницаемость этого материала низкая, так как это композитный материал, содержащий элементы из микроволокнистого стекла. Эти микроволокна направлены на повышение прочности волокна в материале.
Хотя печатная плата идеально подходит для приложений, использующих высокие частоты, низкая теплопроводность материала делает его легко нагреваемым, что может быть огромным недостатком в теплоемких приложениях.
Материалы для печатных плат и промышленное применение
Для применения в военной и аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности печатные платы производятся как в одностороннем, так и в двухстороннем исполнении, некоторые из которых покрыты медью, а другие — алюминием. В каждой из этих отраслей материал используется для достижения максимальной производительности в конкретных областях. Таким образом, материалы сердцевины печатных плат выбираются из-за их легкости в одних отраслях или из-за их способности выдерживать большие количества энергии в других. Таким образом, когда принимаются во внимание эксплуатационные качества, крайне важно определить, какие функции необходимо сравнивать друг с другом при выборе сырья для печатных плат, поскольку уровни материалов коррелируют с уровнями производительности.
Гибкие и жестко-гибкие доски
В последние годы популярность гибких и жестко-гибких плит возросла благодаря возможностям, которые они позволяют использовать в самых разных целях. По сути, их можно сгибать, складывать и даже оборачивать вокруг объектов, поэтому их можно использовать для достижения приложений, которые никогда не были бы возможны с плоскими печатными платами. Например, гибкая плата может использоваться для оборудования, для которого требуется, чтобы плата складывалась под углом и по-прежнему пропускала ток от одного конца к другому без необходимости подключения панелей.
Большинство гибких плат на рынке состоят из каптона, полиимидной пленки, разработанной корпорацией DuPont. Пленка обладает такими качествами, как теплостойкость, постоянство размеров и диэлектрическая проницаемость всего 3,6.
Kapton выпускается в трех версиях Pyralux:
• Огнестойкий (FR)
• Негорючий (NFR)
• Бесклеевой/высокоэффективный (AP)
Выбор материалов для печатных плат – качество превыше всего
Когда дело доходит до выбора материалов для печатных плат, качество имеет первостепенное значение при изготовлении любого типа платы, независимо от того, предназначена ли она для бытовой электроники или промышленного оборудования. Компонент, содержащий печатную плату, может быть большим или маленьким, дешевым или дорогим, но важнее всего то, что рассматриваемый элемент обеспечивает превосходную производительность в течение всего ожидаемого срока службы.
Несмотря на то, что существует несколько типов материалов для печатных плат, из которых изготавливаются платы, надежность продукта — это, в конечном счете, то, что потребители и компании ищут в продуктах, в которых используются печатные платы. Конечно, также крайне важно, чтобы материалы печатной платы были достаточно прочными, чтобы держаться вместе, даже если компонент случайно упадет или ударится вбок.
Например, на компьютеризированном оборудовании прочные печатные платы обеспечивают возможность обновления аппаратного обеспечения без повреждения ранее существовавших материалов печатной платы. То же самое относится к электронным устройствам, микроволновым печам и другим бытовым устройствам, которые полагаются на технологию печатных плат, чтобы оставаться в рабочем состоянии. Даже на электронных общественных объектах, таких как банкоматы, печатные платы должны работать безотказно, чтобы кнопки срабатывали, а команды понимались без задержек.
PCBCart предлагает полный спектр услуг по изготовлению и сборке печатных плат. Благодаря нашему более чем 10-летнему опыту и инновационным технологиям, мы можем работать с различными ламинатными материалами и материалами подложки, включая FR4, Rogers и т. д., которые являются наиболее популярными и широко применяемыми. Нашими услугами пользуются инженеры из различных отраслей промышленности, преследующие уникальные цели, когда речь идет о работе и функциональности компонентов, в которых используется печатная плата.
Узнайте, сколько стоит производство ваших печатных плат
Есть вопросы по выбору печатных плат и нашим возможностям по производству печатных плат и сборке электроники? Просто свяжитесь с нами, используя эту контактную форму. Мы ответим очень быстро.
Полезные ресурсы
• Какой тип материала подложки печатной платы подходит для вашей печатной платы — часть первая
• Какой тип материала подложки печатной платы подходит для вашей печатной платы — часть вторая
• PCBCart предлагает профессиональные услуги по изготовлению печатных плат на заказ — от 1 шт.
• PCBCart предлагает услугу сборки печатных плат под ключ (PCBA) — 100% гарантия качества
• Требования к файлам проектирования печатных плат для эффективного производства
Путеводитель по типам материалов для печатных плат
В современном мире передовой электроники, передовых технологий, миниатюризации и постоянно растущей скорости передачи сигналов выбор правильного типа материала печатной платы невероятно важен.
Существует множество материалов на выбор, отвечающих вашим требованиям к проектным характеристикам, начиная с нижней части с FR-4 и заканчивая широким спектром высокоскоростных материалов от FR-4 до тефлона.
Качество печатных плат зависит от качества материалов, из которых они изготовлены. Это означает, что правильно подобранные высококачественные материалы позволяют получить печатную плату, которая не только работает должным образом, но и служит в течение ожидаемого срока службы продукта.
Выберите неподходящие материалы, и, проще говоря, ваша печатная плата и продукт, в котором она находится, могут работать не так, как задумано.
В нашем подробном руководстве вы найдете наиболее распространенные типы материалов и основные соображения, которые не следует забывать при выборе для вашего следующего проекта.
Базовая конструкция печатной платы
Наиболее распространенный тип материалов, используемых для изготовления печатной платы
Основные соображения при выборе материалов для печатной платы
Базовая конструкция печатной платы
Печатные платы и гибкие материалы выбираются с учетом электрических и экологических свойств, необходимых для работы на основе схемы. Схема определяет количество слоев и форм-фактор платы. Как правило, поставщик плат предоставляет набор выбранных материалов на основе вашего дизайна. Это может быть несколько слоев, а не только 4.
Подложка: Это вспомогательный материал, используемый в печатной плате, который удерживает компоненты и дорожки.
Медь: Этот высокопроводящий элемент используется для изготовления сигнальных дорожек, проводящих электричество.
Паяльная маска: Это метод, при котором все части печатной платы покрываются эпоксидной смолой, за исключением контактов, подлежащих пайке, позолоченных клемм любых разъемов на краях платы и реперных меток.
Шелкография: Чернила напечатаны цифровым способом и не влияют на функцию печатной платы, но являются не менее важной частью конструкции печатной платы. Также известный как «легенда шелкографии», он относится к декалям и условным обозначениям, напечатанным эпоксидной краской на печатной плате. Шелкография поможет вам распознать предупреждающие символы и определить компоненты и места их размещения. Шелкография также идентифицирует контрольные точки, маркировку производителя и многое другое. Чернила обычно белые, а черные также могут использоваться в тех случаях, когда цвет подложки белый.
Вот некоторые технические термины, с которыми вы можете столкнуться при изготовлении печатных плат:
- Кольцевое кольцо — Медное кольцо, окружающее отверстия на печатной плате
- Проверка правил проектирования — Предписанный процесс двойной проверки печатной платы на технологичность
- Глухие и заглубленные переходные отверстия — Метод соединения между слоями в печатной плате, который используется для вертикальной прокладки дорожки на плате от одного слоя к другому без металлизированного сквозного отверстия
- Трассировка — Трассировка — это медная структура, по которой проходят сигналы; его обычно называют проводом, хотя это не так. Это та же цель, что и у отдельного провода, за исключением того, что он ламинируется на подложке и формируется с помощью процесса воображения и процесса травления.
- Поверхностный монтаж — когда компоненты размещаются с помощью автоматизированного оборудования SMT и припаиваются к плате в конвейерной печи оплавления
- Сквозное металлизированное отверстие — Просверленное отверстие в печатной плате с добавлением медного покрытия после сверления
Наиболее распространенные типы материалов, используемых для изготовления печатных плат
Выбор материалов и их интеграция являются важнейшим компонентом производства печатных плат. Хотя существуют сотни различных типов материалов, которые вы можете выбрать в зависимости от стоимости и технических требований, вот некоторые из наиболее распространенных типов материалов: антипиреновый ламинат, содержащий подстилающий слой из стеклоткани и эпоксидного связующего. FR4 существует уже не менее 50 лет и эволюционировал, и в настоящее время его непрерывная рабочая температура достигает 180°C. Однако FR4 не обладает лучшим коэффициентом теплового расширения (КТР) и электрическими характеристиками для качественной скорости передачи сигнала, поэтому материал реже используется при изготовлении печатных плат.
MEGTRON, Isola и продукты Rogers без тефлона
Предназначены для работы с цифровыми продуктами, которые имеют более высокую скорость передачи сигнала и более высокие требования к целостности сигнала и должны выдерживать более высокие диапазоны температур. Существуют различные полимерные системы, которые находятся между FR4 и тефлоном, которые также используются для увеличения скорости передачи сигнала.
ПТФЭ (тефлон)
Этот материал часто используется в радиолокационных устройствах и для любого типа высокоскоростной связи, например спутниковых тарелок. Он также может лучше противостоять окружающей среде, чем FR4 и другие полимерные материалы.
Металл
Медь является основным проводящим металлом, используемым при изготовлении печатных плат.
Основные соображения при выборе материалов для печатных плат
Конструкция/назначение печатной платы
Важно начать с прототипа и рассмотреть элементы конструкции в целом, для чего будет использоваться плата, а затем требования к целостности сигнала и способ ее реализации. должны функционировать в различных средах. Должен ли он выдерживать высокие температуры? Вам нужна гибкая или жесткая доска?
Пороги теплопередачи/проводимости/мощности
Сегодня, когда используются высокоскоростные сигналы, перегрев стал реальностью для самых разных продуктов, особенно для тех, которые имеют встроенные камеры, таких как сотовые телефоны и ноутбуки.
Стек
Стек играет роль в том, как инженер-механик может спроектировать и установить печатную плату в устройство. Он однослойный или многослойный? Это первая часть процесса проектирования, которая также относится к требованиям к импедансу.
Механическая прочность
Важно учитывать, являются ли материалы электрически прочными и механически прочными. Кроме того, КТР имеет решающее значение в микроэлектронике. Сохранят ли материалы функцию печатной платы?
Целостность электрического сигнала
Это зависит от функции вашей платы и от того, относится ли она к одному из следующих типов печатных плат: высокочастотная, высокая мощность, высокая плотность или микроволновая печь.
Расположение компонентов
Целостность сигнала может быть поставлена под угрозу, если он проходит мимо определенных компонентов, создающих «шум» — иначе называемых помехами.
Гибкость
Если многослойная печатная плата состоит как из гибких, так и из жестких материалов, она называется жестко-гибкой платой. Жестко-гибкая плата представляет собой трехмерное соединение, которое можно сгибать и складывать практически в любую форму. Гибкая схема, как следует из названия; он сделан из тонкого гибкого материала.
Стоимость материалов (включая золото)
Стоимость материалов обычно увеличивается, когда печатная плата содержит золото, глухие или заглубленные переходные отверстия или переходные отверстия. Это связано с тем, что для изготовления необходим альтернативный процесс. Расстояние между линиями и шириной менее 6 мил также может увеличить стоимость. Поверхностный финишный слой ENIG — один из лучших способов защитить поверхность печатной платы.
Проконсультируйтесь со специалистами при проектировании вашей печатной платы
Выбор неправильных материалов может серьезно задержать ваш проект печатной платы или повлиять на ваш бюджет, поэтому важно с самого начала проконсультироваться с опытными профессионалами. Здесь, в Cirexx, наши высококвалифицированные инженеры работают с клиентами с самого начала любого проекта, чтобы предоставить рекомендации по материалам, стекам и дизайну для обеспечения технологичности.
Наш опыт в области передовых типов материалов и их комбинаций позволяет нам предлагать нашим клиентам экономичное решение практически для любой дизайнерской задачи. Полный список материалов, с которыми мы работаем, вы можете найти на странице материалов, а здесь только образец:
- Арлон: Высококачественный полиимидный ламинат и препрег-материалы
- Dupont: Самый широкий спектр электронных материалов для гибких и жестко-гибких схем
- Megtron: Низкий DK с большей стабильностью, чем PTFE
- Isola: Высокоскоростные плакированные медью ламинаты и диэлектрические препеги
- Rogers: Включение пошагового изменения высокочастотной и высокоскоростной производительности для проводной и беспроводной связи
Компания Cirexx располагает лучшими в отрасли процедурами, объектами и командой для удовлетворения всех ваших потребностей в производстве печатных плат на заказ.