Sažetak
Ovaj dokument objašnjava klasifikaciju, izbor materijala, tehnološke trendove, pravila dizajna i standarde obrade tiskanih pločica (PCB) koje se koriste u komunikacijskim proizvodima. Namijenjen je dizajnerima PCB-a i procesnim inženjerima.
Svrha i funkcija tiskanih pločica
Elektronički komunikacijski sistemi koriste mnogo tiskanih pločica. Ove pločice su funkcionalni dijelovi hardvera. One su poput organa u tijelu. Pločice na sistemu ili terminalu nose elektronske krugove. One čine kostur, ožičenje i puteve za napajanje i signale.
Vrste tiskanih pločica
Klasificirajte PCB-ove prema namjeni i tehnologiji. Prema strukturi i funkciji postoje jednostrane ploče, dvostrane ploče i višeslojne ploče.
Tipovi i svojstva materijala podloge za PCB
Materijali za podlogu dijele se na krute i fleksibilne podloge. Krute tiskane pločice uključuju laminate fenolnog papira obložene bakrom, laminate epoksidnog papira obložene bakrom i laminate epoksidne stakloplastike obložene bakrom. Za vezivo se koriste fenolna smola ili epoksidna smola. Za ojačanje se koristi papir ili stakloplastika bez alkalija. Nakon što su jedna ili obje strane obložene bakrenom folijom, postaju električno izolirajući laminati.
Svojstva ovih materijala za podlogu trebaju zadovoljiti široko priznate međunarodne standarde kao što su IPC-4101 (Specifikacija osnovnih materijala za krute i višeslojne tiskane ploče) i relevantno Međunarodna elektrotehnička komisija publikacije; otpornost na plamen se obično provjerava pomoću UL 94 vertikalne ocjene gorljivosti, i NEMA LI-1 / FR-4 Oznaka se međunarodno koristi za identifikaciju staklo-epoksidnih laminata. Prilikom specificiranja materijala za globalnu proizvodnju, pozivajte se na IPC “slash-sheets” (tačne kombinacije smole/tkanine/bakra) ili na IEC identifikatore kako bi dobavljači i proizvođači širom svijeta mogli pronaći ekvivalentne zalihene proizvode i osigurati dosljedne performanse.
3.1 Bakrom obloženi epoksidni laminat od stakloplastike
Ovaj laminat koristi epoksidnu smolu kao vezivo i stakleno vlaknasto platno kao ojačanje. Ima bolju mehaničku čvrstoću, dimenzionalnu stabilnost i otpornost na udar od papirnih laminata. Dielektrična konstanta ε za FR4 i FR5 je između 4,3 i 4,9. Njihove električne karakteristike su dobre. Mogu raditi na višim temperaturama. FR4 radi do 130 °C, FR5 do 170 °C. Manje su pod utjecajem vlage. Zbog toga se široko koriste u komunikacijskoj opremi.
3.2 Epooksne stakloplastične folije za višeslojne ploče (prepreg)
Ovo su staklena tkanina materijali prethodno impregnirani epoksidnom smolom u B-fazi. Koristite ih za izradu višeslojnih ploča. Oni se odvojeno lijepe. jednoslojni ili dvostruke slojevite provodne šablonske ploče zajedno. Nakon laminacije, djeluju kao dielektrični izolacijski slojevi. Izrađuju se prethodnim impregniranjem alkalno-slobodne staklene tkanine epoksidom. Smola se stvrdne do B faze. Nakon završnog prešanja i oblikovanja, epoksid se potpuno stvrdne. Rezultat je kruta višeslojna tiskane pločice.
3.3 Samogasneći (vatrostalni) laminati obloženi bakrom
Ovi materijali imaju ista osnovna svojstva kao i drugi laminati obloženi bakrom. Također su otporni na vatru. Smanjuju rizik od zapaljenja usljed pregrijane komponente. Također ograničavaju širenje manjih požara. Koristite ih tamo gdje je potrebna zaštita od požara.
3.4 Bakrom obložene PTFE (Teflon) stakloplastične ploče
PTFE ploče obložene bakrom koriste PTFE (Teflon) kao vezivo i stakleno vlakno kao ojačanje. Njihove dielektrične osobine su izvrsne. Imaju niske dielektrične gubitke i tangens gubitka (tgδ) u redu veličine 10⁻³. Njihov raspon dielektrične konstante je širok. Možete odabrati različite osnovne materijale kako biste zadovoljili potrebe. Otporni su na visoke temperature i vlagu. Imaju dobru hemijsku stabilnost. Rade u širokom temperaturnom rasponu. Ove karakteristike ih čine idealnim za visokofrekventne i mikrotalasne komunikacijske štampane pločice.
Ali PTFE ploče su skuplje. One su manje krute. Sila prianjanja bakarne folije je niža. Zbog toga je izrada višeslojnih ploča s velikim brojem slojeva teška. Uobičajeni osnovni materijali za PTFE PCB dolaze od Rogersa, Taconica, Arlona, Metclada i GIL-a.
3.5 Štampane ploče s metalnom jezgrom obloženom bakrom
Također nazvane PCB-ovi s metalnom jezgrom, koriste metalne ploče različitih debljina, obično aluminij, umjesto materijala ojačanih staklenim vlaknima. Nakon posebne obrade, metalna površina se prekriva dielektričnim slojem. Dielektrični sloj ima nisku toplinsku otpornost, visoku izolaciju i snažno prianjanje. Zatim se bakrena folija željene debljine lijepi na dielektričnu površinu.
Metal-core PCB-ovi se koriste za montažu visoke gustoće i visoku gustoću snage. Koristite ih za napojne krugove s visokom disipacijom. Njihove prednosti su dobra disipacija topline i dobra dimenzionalna stabilnost. Metalna osnova također pruža zaštitu od elektromagnetskog zračenja. Trenutni proizvodi koriste materijale dobavljača poput Bergquista i istraživačkih instituta kao što je Institut 51 Ministarstva industrije informacija.
3.6 Materijali fleksibilnih tiskanih pločica
Fleksibilna štampana pločica Podloge se izrađuju spajanjem bakarne folije na tanku plastičnu foliju. Uobičajeni materijali za osnovnu plastičnu foliju su:
(1) Poliesterska folija. Radna temperatura je od 80℃ do 130℃. Ima nisku tačku topljenja. Omekšava i deformiše se na temperaturama lemljenja.
(2) Poliimidna folija. Ima dobru fleksibilnost. Prije lemljenja uklonite upijenu vlagu toplinskom obradom. Nakon sušenja se može sigurno lemiti. Opća ljepljiva poliimidna folija može kontinuirano raditi na 150 °C. Poliimidni materijal koji koristi FEP kao srednju foliju i poseban fuzijski ljepilo može raditi na 250 °C.
(3) Fluorirana etilena-propilenska folija (FEP). Često se koristi s poliimidom i staklenom tkaninom. Ima dobru fleksibilnost. Ima veću otpornost na vlagu, kiseline i otapala.
Glavni trendovi u razvoju tehnologije tiskanih pločica
Glavni trend u razvoju tiskanih pločica je veća gustoća. Načini za postizanje visoke gustoće su tanke linije, male via rupe, više slojeva, slijepe via rupe i zakopane via rupe. Uobičajeni proces za visoku gustoću (HDI) je tehnologija buildup multilayer (BUM).
Glavni performansi indeksi i odabir debljine bakrene folije za laminat od stakloplastike i epoksida obložen bakrom
Osim debljine i debljine bakrenog lima, laminati imaju i druga svojstva. To uključuje čvrstoću ljuštenja, izobličenje, dielektričnu čvrstoću, otpor izolacije, dielektričnu konstantu, tangens gubitka dielektrične energije, otpornost na toplotni šok, upijanje vlage i otpornost na plamen. Tehnički zahtjevi za laminate od epoksidne smole ojačane staklenim vlaknima s bakrenim pokrovom trebaju biti u skladu s GB/T4725.
Debljina bakrene folije uveliko utječe na preciznost otisnutih vodova i na minimalnu širinu vodova u proizvodnji. Opće pravilo je: što je bakar deblji, to je veći odrezak pri graviranju. Otisnuti vod se više sužava. Kada širina vodova postane premala, ne može se proizvesti. Dakle, kada određujete minimalnu širinu vodova na PCB-u, uzmite u obzir debljinu bakra, osim struje, gustoće ruta i drugih pravila.
Podaci pokazuju da za bakrenu foliju debljine 35 μm širina provodnika treba biti veća od 0,15 mm. Za bakrenu foliju debljine 18 μm širina provodnika treba biti veća od 0,1 mm.
Izbor oblika, debljina i veličina pojedinačne ploče PCB-a
6.1 Izbor oblika jednopločnog računara
Štampane ploče obično imaju pravougaonik sličnih dužine i širine. Izbjegavajte ploče neobičnih oblika. Radi lakšeg prijenosa i umetanja u police, kutovi mogu imati male okrugle lukove ili zaobljavanja.
Vrlo male ploče (na primjer, ploče manje od 100 mm × 100 mm) treba panelizirati. Kada nekoliko vrsta ploča za jedan proizvod ima isti broj slojeva, istu debljinu i dielektrične slojeve, istu debljinu bakra i istu količinu, objedinite ih u jedan panel.
6.2 Debljina PCB-a
Odaberite debljinu ploče prema funkciji, masi komponente, specifikacijama odgovarajućeg konektora, veličini ploče i mehaničkom opterećenju. Za velike ploče koje se lako deformišu dodajte rebra ili okvire za ojačanje.
Za ploče manje od 300 mm × 250 mm uobičajena je opća debljina od 1,6 mm. Stražnje ploče i veće pojedinačne ploče trebaju biti deblje od 2 mm. Međutim, kapacitet preše ograničava obradu. Debljina općenito ne bi trebala prelaziti 4 mm.
6.3 Serija vanjskih dimenzija PCB-a
Za PCB-ove koji nisu postavljeni u rack, pogledajte GB9315 za seriju dimenzija ploča. U ormarima su uobičajeni plug-in PCB-ovi s konektorima na rubu.
Bilješke i jednostavni savjeti
- Odaberite materijale koji zadovoljavaju standarde i koje proizvođač može imati na zalihi. To smanjuje kašnjenje.
- Za visokofrekventne ploče koristite materijal na bazi PTFE-a kada vam je potreban nizak gubitak i stabilna dielektrična konstanta. Provjerite troškove i ograničenja izrade.
- Za elektronske ploče osjetljive na toplotu razmotrite ploče s metalnom jezgrom radi boljeg raspršivanja toplote.
- Za fleksibilne sklopove odaberite poliimidne ili FEP tipove prema potrebama za lemljenje i temperaturu. Osušite materijale ako upijaju vlagu.
- Za HDI dizajne, planirajte viae i slojeve rano. Koristite metode izgradnje slojeva kada vam treba mnogo slijepih ili zakopanih viae.
- Za proizvodnju navedite kritične stavke na crtežima: konačnu debljinu, debljinu jezgre para slojeva, težinu bakra po sloju kad je potrebno, koji su slojevi signalni, koji su zemljani (plane) i ciljanu impedanciju za kritične mreže. Dodajte napomenu da će proizvođač postaviti raspored prepreg materijala kako bi zadovoljio impedanciju i ukupnu debljinu, osim ako se ne zahtijevaju točne listovi preprega koje dizajner može pouzdano odrediti.
