Материалы печатных плат: Материалы для производства печатных плат — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

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. В основном, диэлектрик армируется стекловолокном (различного плетения, что так же влияет на результирующие параметры материала). Неармированные материалы используются редко и, как правило, являются наиболее дорогостоящими и сложно обрабатываемыми (очень мягкие, либо очень хрупкие).

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.

Материалы для печатных плат | ООО «ПСБ технологии

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
Рассмотрим типовую конструкцию многослойной платы (рис. 1). В первом, наиболее распространенном, варианте внутренние слои платы формируются из двустороннего ламинированного медью стеклотекстолита, который называют «ядро». Наружные слои выполняются из медной фольги, спрессованной с внутренними слоями при помощи связующего — смолистого материала, называемого «препрег». После прессования при высокой температуре образуется «пирог» многослойной печатной платы, в котором далее сверлятся и металлизируются отверстия. Менее распространен второй вариант, когда внешние слои формируются из «ядер», скрепляемых препрегом. Это упрощенное описание, на основе данных вариантов существует множество других конструкций.

Однако основной принцип состоит в том, что в качестве связующего материала между слоями выступает препрег. Очевидно, что не может быть ситуации, когда соседствуют два двусторонних «ядра» без прокладки из препрега, но структура фольга–препрег–фольга– препрег… и т. д. возможна, и часто используется в платах со сложными сочетаниями глухих и скрытых отверстий.

Глухие и скрытые отверстия
Термин «глухие отверстия» означает переходы, связывающие внешний слой с ближайшими внутренними слоями и не имеющие выхода на второй внешний слой. Он происходит от английского слова blind, и является аналогичным термину «слепые отверстия». Скрытые, или погребенные (от английского buried), отверстия выполнены во внутренних слоях и не имеют выхода наружу. Простейшие варианты глухих и скрытых отверстий показаны на рис. 2. Их применение оправдано в случае очень плотной разводки или для плат, очень насыщенных планарными компонентами с обеих сторон. Наличие этих отверстий приводит к удорожанию стоимости платы от полутора до нескольких раз, но во многих случаях, особенно при трассировке микросхем в корпусе BGA с маленьким шагом, без них не обойтись.

Есть различные способы формирования таких переходных отверстий, они более подробно раскрываются в разделе Платы с глухими и скрытыми отверстиями, а пока рассмотрим более подробно материалы, из которых конструируется многослойная плата.

Таблица 1. Виды и параметры материалов, применяемых для многослойных печатных плат
Вид	Состав	Tg	Dk	Стоимость
FR4	Слоистый эпоксидный материал из стекловолокна	> 130°C	4.7	1 (базовая)
FR4 High Tg, FR5	Материал со сшитой сеткой, повышенная термостойкость (RoHS-совместимый)	> 160°C	4,6	1,2…1,4
RCC	Эпоксидный материал без стеклянной тканой основы	> 130°C	4,0	1,3…1,5
PD	Полиимидная смола с арамидной основой	260°C	3,5–4,6	5…6,5
PTFE	Политетрафлуор-этилен со стеклом или керамикой (СВЧ)	240–280°C	2,2–10,2	32…70

Tg — температура стеклования (разрушения структуры)
Dk — диэлектрическая постоянная

Базовые диэлектрики для печатных плат
Основные виды и параметры материалов, применяемых для изготовления МПП, приведены в таблице 1. Типовые конструкции печатных плат основаны на применении стандартного стеклотекстолита типа FR4, с рабочей температурой, как правило, от –50 до +110 °C, температурой стеклования (разрушения) Tg около 135 °C. Диэлектрическая постоянная Dk у него может быть от 3,8 до 4,5, в зависимости от поставщика и вида материала. При повышенных требованиях к термостойкости или при монтаже плат в печи по бессвинцовой технологии (t до 260 °C) применяется высокотемпературный FR4 High Tg или FR5. При требованиях к постоянной работе на высоких температурах или при резких перепадах температур применяется полиимид. Кроме того, полиимид используют для изготовления плат повышенной надежности, для военных применений, а также в случаях, когда требуется повышенная электрическая прочность. Для плат с СВЧ-цепями (более 2 ГГц) применяются отдельные слои СВЧ-материала, или плата целиком делается из СВЧ-материала (рис. 3). Наиболее известные поставщики специальных материалов — фирмы Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Стоимость этих материалов выше, чем FR4, и условно показана в последнем столбце таблицы 1 относительно стоимости FR4. Примеры плат с разными видами диэлектрика показаны на рис. 4, 5.

Толщина материала
Знание доступных толщин материалов важно инженеру не только для формирования общей толщины платы. При проектировании МПП разработчики сталкиваются с такими задачами, как:
— расчет волнового сопротивления проводников на плате;
— расчет величины межслойной высоковольтной изоляции;
— выбор структуры глухих и скрытых отверстий.
Доступные варианты и толщины различных материалов приведены в таблицах 2–6. Следует учитывать, что допуск на толщину материала обычно составляет до ±10%, поэтому и допуск на толщину готовой многослойной платы не может быть менее ±10%.

Таблица 2. Двусторонние «ядра» FR4 для внутренних слоев печатной платы
Толщина диэлектрика и толщина меди	5 мкм	17 мкм	35 мкм	70 мкм	105 мкм
0,050 мм	•	•	•	з	з
0,075 мм	м	•	•	з	з
0,100 мм	•	•	•	з	з
0,150 мм
0,200 мм	м	•	•	з	з
0,250 мм
0,300 мм
0,350 мм	м	•	•	з	з
0,400 мм	•	•	•	з	з
0,450 мм
0,710 мм	м	•	•	з	з
0,930 мм	м	•	•	•	з
1,000 мм	•	•	•	•	з
Более 1 мм	•	•	•	•	з

• — Как правило, в наличии;
з — По запросу (имеется в наличии не всегда)
м — Можно изготовить;
Примечание: для обеспечения надежности готовых плат важно знать, что для внутренних слоев зарубежные мы предпочитаем использовать ядра с фольгой 35 мкм, а не 18 мкм (даже при ширине проводника и зазора 0,1 мм). Это повышает надежность печатных плат.
Диэлектрическая проницаемость ядер FR4 может составлять от 3.8 до 4.4 в зависимости от марки.

Таблица 3. Препрег («связующий» слой) для многослойных печатных плат
Тип препрега	Толщина после прессования	Возможное отклонение
Основные
1080	0,066 мм	–0,005/+0,020 мм
2116	0,105 мм	–0,005/+0,020 мм
7628	0,180 мм	–0,005/+0,025 мм
Дополнительно
106 no flow	0,050 мм	–0,005/+0,020 мм
1080 no flow	0,066 мм	–0,005/+0,020 мм
2113	0,100 мм	–0,005/+0,025 мм

Диэлектрическая проницаемость препрега FR4 может составлять от 3. 8 до 4.4 в зависимости от марки.
Уточняйте этот параметр для конкретного материала у наших инженеров по email [email protected]

Таблица 4. Материалы СВЧ фирмы Rogers для печатных плат
Материал	Dk*	Потери	Толщина диэлектрика, мм	Толщина фольги, мкм
Ro4003	3,38		0,2	18 или 35
			0,51	18 или 35
			0,81	18 или 35
Ro4350	3,48		0,17	18 или 35
			0,25	18 или 35
			0,51	18 или 35
			0,762	18
			1,52	35
Препрег Ro4403	3,17		0,1	—
Препрег Ro4450	3,54		0,1	—

* Dk — диэлектрическая проницаемость

Таблица 5. Материалы СВЧ фирмы Arlon для МПП
Материал	Диэлектрическая проницаемость (Dk)	Толщина диэлектрика, мм	Толщина фольги, мкм
AR-1000	10	0,61±0,05	18
AD600L	6	0,787±0,08	35
AD255IM	2,55	0,762±0,05	35
AD350A	3,5	0,508±0,05 0,762±0,05	35 35
DICLAD527	2,5	0,508±0,038 0,762±0,05 1,52±0,08	35 35 35
25N	3,38	0,508 0,762	18 или 35
25N 1080pp pre-preg	3,38	0,099	—
25N 2112pp pre-preg	3,38	0,147	—
25FR	3,58	0,508 0,762	18 или 35
25FR 1080pp pre-preg	3,58	0,099	—
25FR 2112pp pre-preg	3,58	0,147	—

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.

Таблица 6. Полиимидные материалы для МПП
Материал	Tg	Dk	Электрическая прочность, В/мм
Arlon 85N	> 250 °C	4,4	48000

Dk — Диэлектрическая проницаемость
Tg — температура стеклования

Хочется отметить важность следующих моментов:
1. В принципе доступны все номиналы ядер FR4 от 0,1 до 1,0 мм с шагом 0,1 мм. Однако при проектировании срочных заказов следует заранее уточнять наличие материалов на складе у производителя ПП.
2. Когда речь идет о толщине материала — у материалов, предназначенных для изготовления двусторонних плат, толщина материала указывается включая медь. Толщины «ядра» для внутренних слоев МПП задаются в документации без толщины меди.
Пример 1: материал FR4, 1,6/35/35 имеет толщину диэлектрика: 1,6–(2×35 мкм)=1,53 мм (с допуском ±10%).
Пример 2: ядро FR4, 0,2/35/35 имеет толщину диэлектрика: 200 мкм (с допуском ±10%) и полную толщину: 200 мкм+(2×35 мкм)=270 мкм.
3. Обеспечение надежности. Допустимое количество смежных слоев препрега вМПП — не менее 2 и не более 4. Возможность же использования одиночного слоя препрега между «ядрами» зависит от характера рисунка и от толщины смежных слоев меди. Чем толще медь и чем насыщенней рисунок проводников, тем сложнее заполнить смолой пространство между проводниками. А от качества заполнения зависит надежность платы.
Пример: медь 17 мкм — можно использовать 1 слой 1080, 2116 или 106; медь 35 мкм — можно использовать 1 слой только для 2116.

Покрытия площадок печатной платы
Рассмотрим, какие бывают покрытия медных площадок. Наиболее часто площадки покрываются сплавом олово-свинец, или ПОС. Способ нанесения и выравнивания поверхности припоя называют HAL или HASL (от английского Hot Air Solder Leveling — выравнивание припоя горячим воздухом). Это покрытие обеспечивает наилучшую паяемость площадок. Однако на смену ему приходят более современные покрытия, как правило, совместимые с требованиями международной директивы RoHS. Эта директива требует запретить присутствие вредных веществ, в том числе свинца, в продукции. Пока что действие RoHS не распространяется на территорию нашей страны, однако помнить о ее существовании небесполезно. Проблемы, связанные с RoHS, будут описаны нами в одном из последующих разделов, пока же давайте ознакомимся с возможными вариантами покрытия площадок МПП в таблице 7. HASL применяется повсеместно, если нет иных требований. Иммерсионное (химическое) золочение используется для обеспечения более ровной поверхности платы (особенно это важно для площадок BGA), однако имеет несколько более низкую паяемость. Пайка в печи выполняется примерно по той же технологии, что и HASL, но ручная пайка требует применения специальных флюсов. Органическое покрытие, или OSP, защищает поверхность меди от окисления. Его недостаток — малый срок сохранения паяемости (менее 6 месяцев). Иммерсионное олово обеспечивает ровную поверхность и хорошую паяемость, хотя тоже имеет ограниченный срок пригодности для пайки. Бессвинцовый HAL имеет те же свойства, что и свинец-содержащий, но состав припоя — примерно 99,8% олова и 0,2% добавок. Контакты ножевых разъемов, подвергающихся трению при эксплуатации платы, гальваническим способом покрывают более толстым и более жестким слоем золота. Для обоих видов золочения применяется никелевый подслой для предотвращения диффузии золота.

Таблица 7. Покрытия площадок печатной платы
Тип	Описание	Толщина
HASL, HAL (hot air solder leveling)	ПОС-61 или ПОС-63, оплавленный и выровненный горячим воздухом	15–25 мкм
Immersion gold, ENIG	Иммерсионное золочение по подслою никеля	Au 0,05–0,1 мкм/Ni 5 мкм
OSP, Entek	Органическое покрытие, защищает поверхность меди от окисления до пайки	При пайке полностью растворяется
Immersion tin	Иммерсионное олово, более плоская поверхность, чем HASL	10–15 мкм
Lead-free HAL	Бессвинцовое лужение	15–25 мкм
Hard gold, gold fingers	Гальваническое золочение контактов разъема по подслою никеля	Au 0,2–0,5 мкм/Ni 5 мкм

Примечание: все покрытия, кроме HASL, совместимы с директивой RoHS и подходят для бессвинцовой пайки.

Защитные и другие виды покрытий печатной платы
Для полноты картины рассмотрим функциональное назначение и материалы покрытий печатной платы.
— Паяльная маска — наносится на поверхность платы для защиты проводников от случайного замыкания и грязи, а также для защиты стеклотекстолита от термоударов при пайке. Маска не несет другой функциональной нагрузки и не может служить защитой от влаги, плесени, пробоя и т. д. (за исключением случаев применения специальных видов масок).
— Маркировка — наносится на плату краской поверх маски для упрощения идентификации самой платы и расположенных на ней компонентов.
— Отслаиваемая маска — наносится на заданные участки платы, которые надо временно защитить, например, от пайки. В дальнейшем ее легко удалить, так как она представляет собой резиноподобный компаунд и просто отслаивается.
— Карбоновое контактное покрытие — наносится в определенные места платы как контактные поля для клавиатур. Покрытие имеет хорошую проводимость, не окисляется и износостойко.
— Графитовые резистивные элементы — могут наноситься на поверхность платы для выполнения функции резисторов. К сожалению, точность выполнения номиналов невысока — не точнее ±20% (с лазерной подгонкой— до 5%).
— Серебряные контактные перемычки — могут наноситься как дополнительные проводники, создавая еще один проводящий слой при недостатке места для трассировки. Применяются в основном для однослойных и двусторонних печатных плат.

Таблица 8. Покрытия поверхности печатной платы
Тип	Назначение и особенности
Паяльная маска	Для защиты при пайке Цвет: зеленый, синий, красный, желтый, черный, белый
Маркировка	Для идентификации Цвет: белый, желтый, черный
Отслаиваемая маска	Для временной защиты поверхности При необходимости легко удаляется
Карбон	Для создания клавиатур Имеет высокую износостойкость
Графит	Для создания резисторов Желательна лазерная подгонка
Серебряное покрытие	Для создания перемычек Используется для ОПП и ДПП

Заключение
Выбор материалов велик, но, к сожалению, часто при изготовлении малых и средних серий печатных плат камнем преткновения становится наличие нужных материалов на складе завода — производителя МПП. Поэтому перед проектированием МПП, особенно если речь идет о создании нетиповой конструкции и применении нетиповых материалов, надо обязательно договориться с производителем об используемых в МПП материалах и толщинах слоев, а может быть, и заказать эти материалы заблаговременно.

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
Воспламеняемость	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.