Składniki płytek drukowanych (PCB) 2

Z czego wykonane są płytki drukowane?

Płytki drukowane mogą wykorzystywać szereg materiałów do komponentów i podłoży. Wybór materiału zależy od potrzeb konkretnego zastosowania, ponieważ różne materiały mogą nadawać obwodom różne właściwości, które pozwalają na lepszą wydajność w określonych warunkach.

Projektanci mogą wybierać materiały w oparciu o ich wydajność elektryczną w zastosowaniach o dużej prędkości lub wytrzymałość termiczną lub mechaniczną, takich jak zastosowania pod maską w motoryzacji. Projektanci mogą zdecydować się na zgodność z wymaganiami agencji regulacyjnej. Na przykład dyrektywa UE w sprawie ograniczenia stosowania niebezpiecznych substancji (RoHS) zakazuje stosowania substancji zawierających wszystkie ograniczone chemikalia i metale.

Najczęstszym czynnikiem do rozważenia jest to, czy produkt posiada certyfikat UL, co oznacza charakterystykę tłumienia płomienia Underwriters Laboratories. Ocena UL jest kluczowa dla wielu urządzeń elektronicznych, aby zapewnić, że w przypadku pożaru płytka drukowana nie ulegnie samogaszeniu, co jest zazwyczaj uważane za niezbędne dla elektroniki użytkowej i innych.

Laminaty są generalnie wykonane z tkanin i żywic, które mają wyraźne właściwości izolacyjne. Obejmuje to dielektryki, takie jak FR4, epoksyd, teflon, poliimid i inne, które wykorzystują powłoki szklane i żywiczne. Różne aspekty elektryczne i termiczne decydują o tym, który z nich będzie najlepiej działał dla konkretnej płytki drukowanej.

Projektanci płytek drukowanych muszą wziąć pod uwagę szereg kwestii związanych z wydajnością, gdy przyglądają się materiałowi, który wybierają do projektowania swoich płytek drukowanych. Niektóre z najczęstszych aspektów do rozważenia to:

• Stała dielektryczna jest kluczowym wskaźnikiem wydajności elektrycznej
• Odporność na płomienie jest kluczowym aspektem dla certyfikacji UL (patrz wyżej)
• Wyższe temperatury zeszklenia (Tg) dla lepszej zdolności do wytrzymywania wyższych temperatur podczas przetwarzania montażu
• Złagodzone współczynniki strat są niezbędne w zastosowaniach o dużej prędkości, gdzie ważna jest prędkość sygnału.
• Wytrzymałość mechaniczna, która obejmuje ścinanie, rozciąganie i różne właściwości mechaniczne, które mogą być wymagane przez płytkę drukowaną, gdy jest ona oddawana do użytku
• Wydajność systemu termicznego jest kluczowym czynnikiem podczas pracy w środowiskach o wysokiej temperaturze
• Stabilność wymiarowa, czyli jak bardzo materiał przesuwa się i jak często porusza się w trakcie cykli termicznych produkcji i narażenia na wilgoć

Oto niektóre z najbardziej znanych materiałów, które są używane do produkcji płytek drukowanych z komponentami elektronicznymi:

1. Prereg i laminat epoksydowy FR4Laminat FR4 jest najbardziej poszukiwanym materiałem podłoża PCB na całym świecie. Termin 'FR4' odnosi się do grupy materiałów, które spełniają wymagania specyfikacji NEMA LI 1-1998. Materiały w FR4 wykazują doskonałe właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne, a także korzystny stosunek wytrzymałości do masy, co pozwala na ich stosowanie w szerokim zakresie zastosowań elektronicznych. Laminaty i prepregi FR4 są wykonane z tkaniny szklanej i żywicy epoksydowej i są zazwyczaj najtańszymi dostępnymi materiałami PCB. Jest szczególnie preferowany dla płytek drukowanych, które mają niższe warstwy dwustronne lub jednostronne do wielowarstwowych struktur, generalnie mniejszych niż czternaście warstw. Ponadto tę żywicę bazową można mieszać z dodatkami, które znacznie poprawiają jej właściwości elektryczne, termiczne i bezpieczeństwo/ocenę płomienia UL, co znacznie zwiększa jej zdolność do wykorzystania w konstrukcjach o większej liczbie warstw, a także w zastosowaniach o wyższej temperaturze i wyższej wydajności elektrycznej przy niższych kosztach dla szybkich projektów obwodów. Prepregi i laminaty FR4 mogą być używane na wiele sposobów i mogą być dostosowywane przy użyciu powszechnie akceptowanych metod produkcji z niezawodnymi wydajnościami.
2. Laminaty poliimidowe i prepregi:Laminaty poliimidowe mają lepsze temperatury niż materiał FR4, a także wzrost właściwości elektrycznych. Poliimidy kosztują więcej niż FR4, ale oferują lepszą trwałość w ekstremalnych i wysokich temperaturach. Mają również wyższy stopień stabilności w zakresie cykli termicznych i posiadają niższe możliwości rozszerzania, co czyni je idealnymi do konstrukcji o większej liczbie warstw.
3. Klejenie i warstwa teflonowa:Klejenie i laminaty wykonane z materiałów teflonowych mają wyjątkowe właściwości elektryczne, co czyni je idealnymi do zastosowań w obwodach o dużej prędkości. Materiały teflonowe są droższe niż poliimid, ale dają projektantom prędkość i wydajność, których potrzebują. Materiały teflonowe mogą być powlekane na tkaninie szklanej, jednak możliwe jest również wytwarzanie folii bez podłoża lub przy użyciu specyficznych dodatków i wypełniaczy w celu poprawy właściwości mechanicznych. Produkcja płytek drukowanych z teflonu wymaga zazwyczaj wykwalifikowanej i przeszkolonej siły roboczej, specjalnego sprzętu i procesów oraz przewidywania niższych wydajności produkcji.
4. Laminaty elastyczneTe laminaty, które są elastyczne i cienkie, pozwalają na składanie projektów elektronicznych bez wpływu na ciągłość elektryczną. Nie używają tkaniny szklanej do ich podtrzymywania, ale zamiast tego są zbudowane na arkuszu z tworzywa sztucznego. Mogą być jako urządzenie składane w jednorazowym zastosowaniu flex-to-install, ponieważ są w dynamicznym flex, co oznacza, że obwody będą stale składane przez cały okres eksploatacji produktu. Laminaty elastyczne mogą być konstruowane przy użyciu wyższych temperatur materiałów, takich jak poliimid lub LCP (polimer ciekłokrystaliczny) lub niezwykle tanich materiałów, takich jak polietylen i pen. Ponieważ laminaty elastyczne są niezwykle cienkie, tworzenie elastycznych obwodów może również wymagać wysoko wykwalifikowanej siły roboczej, specjalnego sprzętu i procesów, a także przewidywania niższych wydajności produkcji.
5. Inne:Na rynku dostępnych jest wiele różnych materiałów do klejenia i laminowania, w tym BT i estry cyjanianowe, ceramika lub mieszane materiały, które mieszają żywice w celu uzyskania odrębnych cech mechanicznych lub elektrycznych. Ponieważ ilości są znacznie mniejsze niż FR4, a produkcja jest znacznie bardziej skomplikowana do wytworzenia, są one często uważane za droższe alternatywy dla projektów PCB.

Wybór odpowiedniego laminatu jest kluczowy, aby zapewnić, że płytka drukowana ma odpowiednie właściwości mechaniczne, dielektryczne, elektryczne i termiczne, aby pasowały do ostatecznego zastosowania.