Abstrakt
In diesem Papier werden die Klassifizierung, die Materialauswahl, Technologietrends, Designregeln und Verarbeitungsstandards für Leiterplatten (PCBs), die in Kommunikationsprodukten verwendet werden, erläutert. Es ist für Leiterplattendesigner und Prozessingenieure gedacht.
Zweck und Funktion von gedruckten Schaltkreisen
In elektronischen Kommunikationssystemen werden viele gedruckte Schaltungen verwendet. Diese Platinen sind die funktionellen Teile der Hardware. Sie sind wie Organe in einem Körper. Die Platinen eines Systems oder eines Terminals enthalten Schaltkreise. Sie bilden das Skelett, die Verdrahtung und die Pfade für Strom und Signale.
Arten von gedruckten Schaltungen
Klassifizierung von Leiterplatten nach Verwendung und Technologie. Nach Struktur und Funktion gibt es einseitige Leiterplatten, doppelseitige Leiterplatten und Mehrschichtplatten.
Materialtypen und Eigenschaften von PCB-Substraten
Bei den Trägermaterialien unterscheidet man zwischen starren und flexiblen Trägermaterialien. Zu den starren Leiterplatten gehören kupferkaschierte Phenolpapierlaminate, kupferkaschierte Epoxidpapierlaminate und kupferkaschierte Epoxid-Glasfaserlaminate. Diese verwenden Phenolharz oder Epoxidharz als Bindemittel. Sie verwenden Papier oder alkalifreies Glasgewebe als Verstärkung. Nachdem eine oder zwei Seiten mit Kupferfolie kaschiert sind, werden sie zu elektrisch isolierenden Laminaten.
Die Eigenschaften dieser Trägermaterialien sollten allgemein anerkannten internationalen Standards entsprechen, wie z. B. IPC-4101 (Spezifikation für Basismaterialien für starre und mehrlagige Leiterplatten) und relevante IEC Veröffentlichungen; die Schwerentflammbarkeit wird in der Regel überprüft durch UL 94 vertikale Verbrennungswerte und die NEMA LI-1 / FR-4 Bezeichnung wird international zur Identifizierung von Glas-Epoxid-Laminaten verwendet. Bei der Spezifizierung von Materialien für die weltweite Herstellung sollten Sie sich auf die IPC-“Slash-Sheets” (genaue Harz/Gewebe/Kupfer-Kombinationen) oder die IEC-Kennungen beziehen, damit Lieferanten und Verarbeiter weltweit gleichwertige Produkte auf Lager haben und eine gleichbleibende Leistung gewährleisten können.
3.1 Kupfer-Clad-Epoxid-Glasfaser-Laminat
Dieses Laminat verwendet Epoxidharz als Bindemittel und Glasfasergewebe als Verstärkung. Es hat eine bessere mechanische Festigkeit, Formstabilität und Schlagfestigkeit als Papierlaminate. Die Dielektrizitätskonstante ε für FR4 und FR5 liegt zwischen 4,3 und 4,9. Ihre elektrischen Eigenschaften sind gut. Sie können bei höheren Temperaturen arbeiten. FR4 funktioniert bis 130℃, FR5 bis 170℃. Sie werden durch Feuchtigkeit weniger beeinträchtigt. Aus diesem Grund werden sie häufig in Kommunikationsgeräten verwendet.
3.2 Epoxid-Glasfaser-Verbundfolien für Mehrschichtplatten (Prepreg)
Es handelt sich um Glasgewebe, die mit Epoxidharz der Stufe B vorimprägniert sind. Sie werden für die Herstellung von Mehrschichtplatten verwendet. Sie verbinden separate einlagig oder doppellagige Leiterplatten zusammen. Nach der Laminierung dienen sie als dielektrische Isolierschichten. Sie werden durch Vorimprägnierung von alkalifreiem Glasgewebe mit Epoxidharz hergestellt. Das Harz wird bis zur B-Stufe ausgehärtet. Nach dem abschließenden Pressen und Formen härtet das Epoxidharz vollständig aus. Das Ergebnis ist eine starre mehrlagige Leiterplatte.
3.3 Selbstverlöschende (flammhemmende) Kupferlaminate
Diese Materialien haben die gleichen grundlegenden Eigenschaften wie andere kupferkaschierte Laminate. Sie sind auch feuerbeständig. Sie verringern das Risiko einer Entzündung durch ein überhitztes Bauteil. Sie begrenzen auch die Ausbreitung kleinerer Brände. Verwenden Sie sie dort, wo Brandsicherheit erforderlich ist.
3.4 Kupferbeschichtete PTFE (Teflon)-Glasfaserkartons
Bei kupferkaschierten PTFE-Platten wird PTFE (Teflon) als Bindemittel und Glasfaser als Verstärkung verwendet. Ihre dielektrischen Eigenschaften sind ausgezeichnet. Sie haben einen geringen dielektrischen Verlust und einen tangentialen Verlust (tgδ) in der Größenordnung von 10-³. Der Bereich ihrer Dielektrizitätskonstante ist groß. Je nach Bedarf können Sie eine Vielzahl von Basismaterialien auswählen. Sie widerstehen hohen Temperaturen und Feuchtigkeit. Sie haben eine gute chemische Stabilität. Sie funktionieren in einem breiten Temperaturbereich. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Hochfrequenz- und Mikrowellen-Kommunikationsplatinen.
Aber PTFE-Platten sind teurer. Sie sind weniger steif. Die Haftfestigkeit der Kupferfolie ist geringer. Dies erschwert die Herstellung von Multilayer-Leiterplatten mit hohen Stückzahlen. Gängige PTFE-Leiterplatten-Basismaterialien stammen von Rogers, Taconic, Arlon, Metclad und GIL.
3.5 Kupferummantelte Leiterplatten mit Metallkern
Diese auch als Metallkern-Leiterplatten bezeichneten Leiterplatten verwenden Metallplatten unterschiedlicher Dicke, in der Regel Aluminium, anstelle von glasfaserverstärkten Materialien. Nach einer speziellen Behandlung wird die Metalloberfläche mit einer dielektrischen Schicht überzogen. Das Dielektrikum hat einen geringen Wärmewiderstand, eine hohe Isolierung und eine starke Haftung. Anschließend wird eine Kupferfolie der erforderlichen Dicke auf die dielektrische Oberfläche geklebt.
Metallkern-Leiterplatten werden für die Montage mit hoher Dichte und hoher Leistungsdichte verwendet. Sie eignen sich für Leistungsschaltungen mit hoher Verlustleistung. Ihre Vorteile sind eine gute Wärmeableitung und eine gute Formstabilität. Die Metallbasis bietet außerdem Abschirmung. Für aktuelle Produkte werden Materialien von Lieferanten wie Bergquist und Forschungsinstituten wie dem Institut 51 des Ministeriums für Informationsindustrie verwendet.
3.6 Materialien für flexible Leiterplattensubstrate
Flexible Leiterplatte Substrate werden durch Aufkleben von Kupferfolie auf dünne Kunststofffolien hergestellt. Gängige Basismaterialien für Kunststofffolien sind:
(1) Polyester-Folie. Arbeitstemperatur ist 80℃ bis 130℃. Sie hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Es erweicht und verformt sich bei Löttemperaturen.
(2) Polyimid-Folie. Sie hat eine gute Flexibilität. Vor dem Löten muss die absorbierte Feuchtigkeit durch Wärmebehandlung entfernt werden. Nach dem Trocknen kann es sicher gelötet werden. Allgemeine Klebstoff-Typ Polyimid-Folie kann kontinuierlich bei 150℃ arbeiten. Polyimid-Material, das FEP als Zwischenfolie und einen speziellen Schmelzkleber verwendet, kann bei 250℃ arbeiten.
(3) Fluorierte Ethylen-Propylen-Folie (FEP). Wird häufig mit Polyimid und Glasgewebe verwendet. Sie hat eine gute Flexibilität. Sie ist widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit, Säure und Lösungsmittel.
Haupttrends in der Entwicklung der PCB-Technologie
Der Haupttrend bei der Entwicklung von Leiterplatten ist eine höhere Dichte. Zu den Möglichkeiten, eine hohe Dichte zu erreichen, gehören feine Linien, kleine Durchgangslöcher, mehr Lagen, Blind Vias und Buried Vias. Das gängige Verfahren für hohe Dichte (HDI) ist die Multilayer-Aufbautechnik (BUM).
Hauptleistungsindizes und Auswahl der Kupferfoliendicke für kupferbeschichtete Epoxid-Glasfaser-Laminate
Neben der Dicke und der Dicke der Kupferfolie haben die Laminate noch weitere Eigenschaften. Dazu gehören Schälfestigkeit, Verzug, Durchschlagfestigkeit, Isolationswiderstand, Dielektrizitätskonstante, dielektrischer Verlusttangens, Hitzeschockbeständigkeit, Feuchtigkeitsaufnahme und Flammwidrigkeit. Die technischen Anforderungen an kupferkaschierte Epoxid-Glasfaser-Laminate sollten der GB/T4725 entsprechen.
Die Dicke der Kupferfolie hat einen großen Einfluss auf die Präzision der gedruckten Leiterbahnen und die Mindestbreite der Leiterbahnen bei der Herstellung. Generell gilt: Je dicker das Kupfer, desto größer der Ätzunterschnitt. Der gedruckte Leiter verengt sich stärker. Wenn die Leiterbreite zu klein wird, kann sie nicht mehr hergestellt werden. Wenn Sie also die Mindestleiterbreite für eine Leiterplatte festlegen, müssen Sie neben der Stromstärke, der Leiterbahndichte und anderen Regeln auch die Kupferdicke berücksichtigen.
Die Daten zeigen, dass bei 35 μm Kupferfolie die Leiterbreite größer als 0,15 mm sein sollte. Bei 18 μm Kupferfolie sollte die Leiterbreite größer als 0,1 mm sein.
Auswahl der Leiterplattenkontur, Dicke und Größe der einzelnen Leiterplatte
6.1 Wahl des Einplatinenumrisses
Für Leiterplatten wird in der Regel ein Rechteck mit ähnlicher Länge und Breite verwendet. Vermeiden Sie unregelmäßig geformte Leiterplatten. Um die Übertragung von Leitungen und das Einsetzen in Gestelle zu erleichtern, können die Ecken kleine runde Bögen oder Abschrägungen aufweisen.
Sehr kleine Platinen (z. B. Platinen mit einer Größe von weniger als 100 mm × 100 mm) sollten in Paneelen untergebracht werden. Wenn mehrere Leiterplattentypen für ein Produkt die gleiche Lagenzahl, die gleiche Dicke und die gleichen dielektrischen Lagen, die gleiche Kupferdicke und die gleiche Menge aufweisen, sollten sie zu einer einzigen Platte zusammengefasst werden.
6.2 Dicke der Leiterplatte
Wählen Sie die Plattendicke nach Funktion, Bauteilmasse, passenden Steckverbinderspezifikationen, Platinengröße und mechanischer Belastung. Fügen Sie bei großen Platinen, die sich leicht verformen, Rippen oder Rahmen hinzu, um sie zu verstärken.
Für Platinen unter 300 mm × 250 mm ist eine allgemeine Dicke von 1,6 mm üblich. Backplanes und größere Einzelplatten sollten dicker als 2 mm sein. Die Pressenkapazität begrenzt jedoch die Verarbeitung. Die Dicke sollte im Allgemeinen unter 4 mm liegen.
6.3 Leiterplatten-Außenmaße Serie
Für Leiterplatten, die nicht in einem Rack untergebracht sind, siehe GB9315 für Serien von Leiterplattenabmessungen. In Schränken sind steckbare Leiterplatten mit Randsteckern üblich.
Hinweise und einfache Ratschläge
- Wählen Sie Materialien, die den Normen entsprechen und die der Hersteller auf Lager hat. Dies verringert die Verzögerung.
- Für Hochfrequenzplatinen sollten Sie PTFE-basiertes Material verwenden, wenn Sie einen geringen Verlust und eine stabile Dielektrizitätskonstante benötigen. Prüfen Sie Kosten und Baugrenzen.
- Für wärmekritische Leistungsplatinen sollten Sie Metallkernplatinen in Betracht ziehen, um die Wärme besser zu verteilen.
- Für flexible Schaltungen wählen Sie Polyimid- oder FEP-Typen, je nach Bedarf für das Löten und die Temperatur. Trocknen Sie die Materialien, wenn sie Feuchtigkeit aufnehmen.
- Planen Sie bei HDI-Designs Durchkontaktierungen und Lagenaufbau frühzeitig. Verwenden Sie Aufbaumethoden, wenn Sie viele blinde oder vergrabene Vias benötigen.
- Geben Sie in den Zeichnungen die kritischen Punkte für die Fertigung an: Enddicke, Lagenpaar-Kerndicke, Kupfergewicht pro Lage, wenn erforderlich, welche Lagen Signal- und welche Ebenen sind, und Zielimpedanz für kritische Netze. Fügen Sie einen Hinweis hinzu, dass die Prepreg-Platzierung vom Hersteller so festgelegt wird, dass die Impedanz und die Gesamtdicke eingehalten werden, es sei denn, es sind exakte Prepreg-Platten erforderlich, die der Konstrukteur mit Sicherheit angeben kann.
