Abstrakt
Denne artikel forklarer klassificering, materialevalg, teknologitendenser, designregler og processtandarder for printkort (PCB), der bruges i kommunikationsprodukter. Den er til brug for printkortdesignere og procesingeniører.
Formål og funktion af printkort
Elektroniske kommunikationssystemer bruger mange printkort. Disse printplader er de funktionelle dele af hardwaren. De er som organer i en krop. Printplader på et system eller en terminal bærer kredsløb. De udgør skelettet, ledningerne og vejene til strøm og signaler.
Typer af printkort
Klassificer printkort efter brug og teknologi. Efter struktur og funktion er der enkeltsidede kort, dobbeltsidede kort og Multilayer-plader.
PCB-substratmaterialetyper og -egenskaber
Substratmaterialer opdeles i stive substrater og fleksible substrater. Stive printkort omfatter kobberbeklædte fenolpapirlaminater, kobberbeklædte epoxypapirlaminater og kobberbeklædte epoxyglasfiberlaminater. Disse bruger phenolharpiks eller epoxyharpiks som bindemiddel. De bruger papir eller alkalifri glasdug som forstærkning. Når en eller to sider er beklædt med kobberfolie, bliver de til elektrisk isolerende laminater.
Egenskaberne for disse substratmaterialer skal opfylde bredt anerkendte internationale standarder som f.eks. IPC-4101 (Specifikation for basismaterialer til stive og flerlagede printkort) og relevante IEC publikationer; flammehæmning verificeres almindeligvis af UL 94 vertikale brændværdier, og NEMA LI-1 / FR-4 betegnelsen bruges internationalt til at identificere glas-epoxylaminater. Når du specificerer materialer til global fremstilling, skal du henvise til IPC-“skråstregsark” (nøjagtige kombinationer af harpiks/stof/kobber) eller IEC-identifikatorer, så leverandører og fabrikanter over hele verden kan finde tilsvarende lagerførte produkter og sikre ensartet ydeevne.
3.1 Kobberbelagt epoxy-glasfiberlaminat
Dette laminat bruger epoxyharpiks som bindemiddel og glasfiberdug som forstærkning. Det har bedre mekanisk styrke, dimensionsstabilitet og slagfasthed end papirlaminater. Den dielektriske konstant ε for FR4 og FR5 ligger mellem 4,3 og 4,9. Deres elektriske egenskaber er gode. De kan arbejde ved højere temperaturer. FR4 fungerer til 130 °C, FR5 til 170 °C. De påvirkes mindre af fugtighed. Derfor bruges de i vid udstrækning i kommunikationsudstyr.
3.2 Epoxy glasfiber limplader til flerlagsplader (Prepreg)
Det er glasdugmaterialer, der er præimprægneret med epoxyharpiks i B-stadiet. Brug dem til at lave flerlagsplader. De binder separate enkeltlag eller dobbeltlags ledende mønsterplader sammen. Efter laminering fungerer de som dielektriske isoleringslag. De fremstilles ved at præimprægnere alkalifri glasvæv med epoxy. Harpiksen hærdes til B-stadiet. Efter endelig presning og formning hærder epoxyen helt. Resultatet er et stift flerlags printkort.
3.3 Selvslukkende (flammehæmmende) kobberlaminater
Disse materialer har de samme grundlæggende egenskaber som andre kobberbeklædte laminater. De modstår også brand. De reducerer risikoen for antændelse fra en overophedet komponent. De begrænser også lille brandspredning. Brug dem, hvor der er behov for brandsikkerhed.
3.4 Kobberbelagte PTFE (teflon)-glasfiberplader
Kobberbeklædte PTFE-plader bruger PTFE (teflon) som bindemiddel og glasfiber som forstærkning. Deres dielektriske egenskaber er fremragende. De har et lavt dielektrisk tab og et tangenttab (tgδ) i størrelsesordenen 10-³. Deres dielektriske konstantområde er bredt. Du kan vælge en række forskellige basismaterialer for at opfylde behovene. De modstår høje temperaturer og fugt. De har god kemisk stabilitet. De fungerer over et bredt temperaturområde. Disse egenskaber gør dem ideelle til printkort til højfrekvens- og mikrobølgekommunikation.
Men PTFE-plader koster mere. De er mindre stive. Kobberfoliens vedhæftningsstyrke er lavere. Det gør det svært at bygge flerlagskort med mange lag. Almindelige PTFE PCB-basismaterialer kommer fra Rogers, Taconic, Arlon, Metclad og GIL.
3.5 Kobberbelagte printkort med metalkerne
De kaldes også metalkerne-PCB'er og bruger metalplader i forskellige tykkelser, som regel aluminium, i stedet for glasfiberforstærkede materialer. Efter en særlig behandling dækkes metaloverfladen med et dielektrisk lag. Dielektrikummet har lav termisk modstand, høj isolering og stærk binding. Derefter limes kobberfolie af den ønskede tykkelse på den dielektriske overflade.
PCB'er med metalkerne bruges til samling med høj densitet og høj effekttæthed. Brug dem til strømkredse med høj spredning. Deres fordele er god varmeafledning og god dimensionsstabilitet. Metalbasen giver også afskærmning. Nuværende produkter bruger materialer fra leverandører som Bergquist og forskningsinstitutter som Institut 51 under ministeriet for informationsindustri.
3.6 Fleksible PCB-substratmaterialer
Fleksibelt printkort substrater fremstilles ved at binde kobberfolie til tynd plastfilm. Almindelige basismaterialer til plastfilm er:
(1) Polyesterfilm. Arbejdstemperaturen er 80 °C til 130 °C. Det har et lavt smeltepunkt. Det blødgøres og deformeres ved loddetemperaturer.
(2) Polyimid-film. Den har god fleksibilitet. Fjern absorberet fugt ved varmebehandling før lodning. Efter tørring kan det loddes sikkert. Polyimidfilm af generel klæbemiddeltype kan arbejde kontinuerligt ved 150 ℃. Polyimidmateriale, der bruger FEP som en mellemliggende film og et specielt fusionsklæbemiddel, kan arbejde ved 250 ℃.
(3) Fluoreret ethylenpropylen-film (FEP). Bruges ofte sammen med polyimid og glasvæv. Den har god fleksibilitet. Den har højere modstandsdygtighed over for fugt, syre og opløsningsmidler.
De vigtigste tendenser i udviklingen af PCB-teknologi
Hovedtendensen inden for printkortudvikling er højere tæthed. Måder at opnå høj tæthed på er fine linjer, små via-huller, flere lag, blinde vias og nedgravede vias. Den almindelige proces til høj densitet (HDI) er BUM-teknologi (buildup multilayer).
De vigtigste præstationsindekser og valg af kobberfolietykkelse til kobberbelagt epoxy-glasfiberlaminat
Udover tykkelse og kobberfolietykkelse har laminater andre egenskaber. Disse omfatter afskalningsstyrke, forvridning, dielektrisk styrke, isoleringsmodstand, dielektrisk konstant, dielektrisk tabstangent, modstandsdygtighed over for varmechok, fugtabsorption og flammehæmning. Tekniske krav til kobberbeklædte epoxy-glasfiberlaminater skal opfylde GB/T4725.
Kobberfoliens tykkelse har stor indflydelse på præcisionen af de trykte ledere og den minimale lederbredde i produktionen. Den generelle regel er: Jo tykkere kobberet er, jo større er ætsningsunderskæringen. Den trykte leder bliver smallere. Når lederbredden bliver for lille, kan den ikke produceres. Så når du indstiller PCB'ets mindste lederbredde, skal du overveje kobbertykkelse ud over strøm, rutetæthed og andre regler.
Data viser, at for 35 μm kobberfolie skal lederbredden være større end 0,15 mm. For 18 μm kobberfolie skal lederbredden være større end 0,1 mm.
Valg af PCB-kontur, tykkelse og enkeltkortstørrelse
6.1 Valg af enkeltkort-oversigt
PCB'er bruger normalt et rektangel med samme længde og bredde. Undgå ulige formede print. For at lette linjeoverførsel og indsættelse i stativer kan hjørner bruge små runde buer eller affasninger.
Meget små plader (f.eks. plader, der er mindre end 100 mm × 100 mm) bør samles i paneler. Når flere korttyper til et produkt har samme lagantal, samme tykkelse og dielektriske lag, samme kobbertykkelse og samme mængde, skal de kombineres til et enkelt panel.
6.2 PCB-tykkelse
Vælg pladetykkelse efter funktion, komponentmasse, matchende stikspecifikationer, pladestørrelse og mekanisk belastning. Til store plader, der let deformeres, skal du tilføje ribber eller rammer for at styrke dem.
For print under 300 mm × 250 mm er en generel tykkelse på 1,6 mm almindelig. Backplanes og større enkeltkort bør være tykkere end 2 mm. Men pressekapaciteten begrænser forarbejdningen. Tykkelsen bør generelt være under 4 mm.
6.3 Serie af eksterne PCB-dimensioner
For printkort, der ikke er placeret i et rack, henvises til GB9315 for kortdimensionsserier. I kabinetter er plug-in-printkort med kantstik almindelige.
Noter og enkle råd
- Vælg materialer, der opfylder standarderne, og som producenten har på lager. Det reducerer forsinkelsen.
- Til højfrekvente kort skal du bruge PTFE-baseret materiale, når du har brug for lavt tab og stabil dielektrisk konstant. Tjek omkostninger og byggegrænser.
- Til varmekritiske strømkort bør man overveje metalkernekort for bedre varmespredning.
- Til fleksible kredsløb skal du vælge polyimid- eller FEP-typer efter behov til lodning og temperatur. Tør materialerne, hvis de absorberer fugt.
- Til HDI-design skal du planlægge vias og lagopbygning tidligt. Brug opbygningsmetoder, når du har brug for mange blinde eller nedgravede vias.
- Ved fremstilling skal du angive kritiske punkter på tegningerne: endelig tykkelse, lagpar-kernetykkelse, kobbervægt pr. lag, når det er nødvendigt, hvilke lag der er signal- og hvilke der er planlag, og målimpedans for kritiske net. Tilføj en note om, at placeringen af prepreg vil blive fastsat af producenten for at opfylde impedansen og den samlede tykkelse, medmindre der kræves nøjagtige prepreg-ark, og designeren kan specificere dem med sikkerhed.
