Din ce sunt făcute plăcile de circuite? Ghidul unui producător de PCB pentru materialele plăcilor

Întrebați majoritatea inginerilor din ce este făcută o placă de circuit și veți primi un singur cuvânt înapoi: fibră de sticlă. Răspunsul este corect, dar acoperă doar primul strat al unei povești mai lungi. O placă de circuit imprimat este un teanc de materiale atent proiectat și fiecare dintre ele trebuie să-și câștige locul. Substratul îi conferă plăcii corpul și izolația electrică, cuprul transportă curentul, masca de lipit protejează suprafața, iar finisajul final menține cuprul lipibil ani de zile.

Fabricăm plăci la unitatea noastră din Guangde din 2013, de la panouri simple cu o singură față până la stive de 32 de straturi, așa că avem tendința de a răspunde la această întrebare așa cum o face un producător. Întrebarea reală nu este din ce este făcută un PCB în general, ci ce combinație de materiale va supraviețui mediului în care se află produsul dumneavoastră pe durata de viață estimată.

Ingredientele de bază ale unei plăci de circuite

Eliminați jargonul și aproape fiecare placă este construită din aceeași listă scurtă de materiale:

• Substrat: baza izolatoare, de obicei din fibră de sticlă țesută, lipită cu rășină epoxidică.
• Folie de cupru: laminată pe substrat și gravată în urme, tampoane și avioane.
• Placare: cupru, și uneori staniu sau aur, depus în interiorul găurilor forate pentru a lega straturile.
• Mască de lipit: stratul colorat care acoperă totul, cu excepția plăcuțelor pe care trebuie să le lipiți.
• Serigrafie: legenda imprimată care identifică componentele și indicatorii de referință.
• Finisarea suprafeței: un strat subțire metalic sau organic care împiedică oxidarea cuprului expus.

Fiecare dintre aceste materiale poate fi schimbat, îmbunătățit sau îngroșat, iar fiecare înlocuire modifică costul, capacitatea de fabricație și fiabilitatea pe teren în același timp.

Substratul: pânză de sticlă, rășină și alternative

Standardul FR-4 începe cu o pânză de sticlă țesută. Pânza este impregnată cu rășină epoxidică și întărită parțial într-o foaie numită preimpregnat, apoi stivuită și presată la căldură și presiune până când rășina curge și se întărește. Rezultatul este rigid, stabil dimensional și un izolator excelent: sticla asigură rezistența mecanică, în timp ce rășina definește comportamentul electric și termic.

Din acel punct de plecare familia se ramifică rapid:

• FR-4 în clase standard, cu Tg ridicată și fără halogeni, calul de muncă al industriei.
• CEM-1 și CEM-3, epoxidici compozite cu un miez de sticlă nețesut pentru produse sensibile la costuri.
• FR-1 și FR-2, laminate pe bază de hârtie utilizate în plăci cu o singură față cu costuri foarte reduse.
• Film de poliimidă, baza flexibilă pentru modele FPC și rigid-flex care trebuie să se îndoaie.
• PTFE și laminate cu hidrocarburi umplute cu ceramică, alese atunci când pierderea semnalului trebuie să rămână scăzută la frecvențe gigaherți.

Majoritatea compromisurilor importante trăiesc în sistemul de rășini, mai degrabă decât în ​​cupru. Temperatura de tranziție sticloasă, temperatura de descompunere, constanta dielectrică și absorbția umidității provin toate din chimia laminatului.

PCB OSP cu două fețe PCB-urile FR4 utilizează un substrat din fibră de sticlă din rășină epoxidică, oferind o rezistență mecanică excelentă, rezistență la temperaturi ridicate și proprietăți de izolare electrică. Ei un... Vizualizare produs →

O placă FR-4 cu două fețe cu un finisaj OSP este exemplul de zi cu zi: laminat standard, grosime standard și un finisaj care se potrivește lipirii prin reflow de volum mare fără costuri suplimentare.

Cuprul: Partea care transportă curentul

Cuprul este al doilea ingredient esențial. Folia este specificată în funcție de greutate, iar conversia merită memorată: o uncie de cupru răspândită pe un picior pătrat are o grosime de aproximativ 35 de microni. Modelele digitale cu pas fin rulează de obicei pe folie de jumătate de uncie sau de o uncie, plăcile de alimentare cresc până la două uncii, iar lucrările grele din cupru merg la trei uncii și mai mult.

Cuprul apare în mai multe locuri decât urmele vizibile. În timpul fabricării, cupru suplimentar este galvanizat în fiecare gaură pentru a forma un perete continuu, iar straturile exterioare sunt placate cu model înainte de gravare. Calitatea acelei plăci, nu doar grosimea sa, decide dacă o via supraviețuiește ciclurilor termice repetate.

Când cererile actuale cresc, răspunsul este adesea mai mult cupru decât suprafață de placă mai mare. Construcțiile grele din cupru răspândesc sarcina pe straturile interioare, ceea ce ține sub control creșterea temperaturii fără un radiator extern.

Cupru cu 14 straturi PCB-urile de cupru groase utilizează folie de cupru ultra-groasă, care variază de la 3 oz la 20 oz, oferind o capacitate excepțională de transport de curent (peste 100 A) și rezistență la temperaturi înalte... Vizualizare produs →

Când fibra de sticlă este alegerea greșită

FR-4 răspunde la majoritatea întrebărilor, dar trei familii de materiale preiau controlul atunci când nu poate.

Plăci cu miez metalic și cu miez

Aluminiul este folosit ca bază atunci când căldura trebuie să părăsească rapid placa. Un strat dielectric subțire este lipit de aluminiu, circuitele de cupru sunt gravate deasupra, iar suportul metalic acționează ca un distribuitor de căldură. Versiunile cu miez de cupru merg mai departe, transportând densități de curent foarte mari în iluminatul cu LED-uri, acționările cu motor și conversia puterii. Oricât de subțire este, acel strat dielectric trebuie să țină în continuare tensiunea de lucru completă, așa că grosimea și conductibilitatea termică sunt cele două numere care merită verificate mai întâi.

PCB din aluminiu cu o singură față Substraturile metalice folosesc aluminiul, cuprul și alte metale ca strat principal conductiv termic. Un dielectric izolant specializat realizează o disipare superioară a căldurii... Vizualizare produs →

Substraturi ceramice

Alumina și nitrura de aluminiu aduc o conductivitate termică pe care niciun laminat polimer nu o poate egala, împreună cu un coeficient de dilatare termică apropiat de siliciu. Acestea apar în module LED de mare putere, trepte de putere RF și senzori care trebuie să continue să funcționeze prin variații mari de temperatură.

Filme flexibile

Poliimida înlocuiește pânza de sticlă atunci când placa trebuie să se îndoaie. Se aplică aceleași reguli de cupru și finisaj, doar baza se schimbă și, odată cu aceasta, regulile de manipulare în timpul asamblarii.

Mască de lipit, serigrafie și finisaje de suprafață

Masca de lipit este o acoperire pe bază de epoxid aplicată peste placă și apoi întărită. Oprește lipirea să se pună între plăcuțe, protejează cuprul de dedesubt de umiditate și contaminare și oferă plăcii culoarea familiară. Verdele este tradițional, deoarece are cel mai lung istoric în imagistică și inspecție, dar negru, albastru, roșu și negru mat sunt de rutină astăzi. Cerneala serigrafică este imprimată deasupra măștii pentru a marca referințele componentelor și polaritatea și, deși nu transportă curent, este primul lucru pe care se bazează un operator de asamblare.

Finisajul suprafeței este ultima decizie materială și una dintre cele mai importante. Nivelarea prin lipire cu aer cald este opțiunea ieftină, OSP este organic și se estompează după câteva refluxuri, iar ENIG sau argintul de imersie oferă o suprafață plană pentru piesele cu pas fin. Acolo unde o placă este introdusă și îndepărtată în mod repetat, aurul dur este răspunsul. Toate finisajele noastre sunt disponibile în versiuni fără plumb.

Materialele plăcilor de circuite pe scurt

Tabelul de mai jos rezumă sistemele de materiale pe care le construim cel mai des și din ce este făcut fiecare.

Cum alege aplicația materialul

Alegerea materialului este rareori o alegere liberă. Urmează mediul în care va trăi consiliul.

Produse de larg consum și electrocasnice

Acolo unde domină costul, standardul FR-4 sau CEM-3 cu un finisaj HASL sau OSP este de obicei suficient.

Control auto și industrial

Vibrațiile, ciclurile termice și durata lungă de viață împing proiectele către laminate cu Tg ridicată, cupru mai gros și finisaje precum ENIG care supraviețuiesc refluxării repetate.

Modele de putere și de înaltă frecvență

Managementul termic și integritatea semnalului au prioritate, ceea ce înseamnă materiale cu miez metalic, ceramică sau PTFE, mai degrabă decât o placă de sticlă mai groasă.

Dacă nu sunteți sigur unde se află produsul dvs., vă ajută să vedeți cum sunt deja construite plăci similare. Puteți naviga domeniile de aplicare pe care le sprijinim pentru a vedea combinațiile de materiale deja dovedite în fiecare segment.

Note practice de la magazin

Câteva lucruri pe care le spunem clienților care aleg materiale pentru prima dată:

1. Alegeți finisajul înainte ca aspectul să fie înghețat, deoarece geometria padului și prin cort depind de aceasta.
2. Potriviți greutatea cuprului cu curentul, nu cu obiceiul, deoarece cuprul supradimensionat crește dificultatea și costul de gravare.
3. Întrebați devreme despre Tg, pentru că un laminat cu Tg mare costă puțin mai mult și înlătură o întreagă clasă de defecțiuni în câmp.
4. Confirmați desenul de stivuire înainte de lansare, deoarece majoritatea întârzierilor încep ca un strat lipsă sau ambiguu.

Dacă doriți o privire mai profundă asupra modului în care alegerea laminatului, greutatea cuprului și finisajul interacționează, ghidul nostru pentru selectarea materialelor FR-4, RF și cu miez metalic parcurge comparațiile mai detaliat.

Deci, din ce sunt făcute plăcile de circuite? Pânză de sticlă și rășină epoxidică, folie de cupru și butoaie placate, o mască de lipit, o legendă imprimată și un finisaj final care menține totul lipibil. Partea interesantă nu este lista în sine, ci modul în care aceste materiale sunt potrivite cu locul de muncă. Rezolvați meciul corect, iar placa își va face treaba în liniște timp de un deceniu sau mai mult.