Περίληψη
Το παρόν έγγραφο εξηγεί την ταξινόμηση, την επιλογή υλικών, τις τεχνολογικές τάσεις, τους κανόνες σχεδιασμού και τα πρότυπα επεξεργασίας για τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) που χρησιμοποιούνται σε προϊόντα επικοινωνίας. Απευθύνεται σε σχεδιαστές PCB και μηχανικούς διεργασιών για χρήση.
Σκοπός και λειτουργία των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων
Τα ηλεκτρονικά συστήματα επικοινωνίας χρησιμοποιούν πολλές πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων. Αυτές οι πλακέτες είναι τα λειτουργικά μέρη του υλικού. Είναι σαν τα όργανα ενός σώματος. Οι πλακέτες σε ένα σύστημα ή ένα τερματικό φέρουν κυκλώματα. Αποτελούν τον σκελετό, την καλωδίωση και τις διαδρομές για την τροφοδοσία και τα σήματα.
Τύποι τυπωμένων κυκλωμάτων
Ταξινόμηση των PCB ανά χρήση και ανά τεχνολογία. Με βάση τη δομή και τη λειτουργία, υπάρχουν πλακέτες μονής όψης, πλακέτες διπλής όψης και πολυστρωματικές πλακέτες.
Τύποι και ιδιότητες υλικών υποστρώματος PCB
Τα υλικά υποστρώματος χωρίζονται σε άκαμπτα υποστρώματα και σε εύκαμπτα υποστρώματα. Τα άκαμπτα PCB περιλαμβάνουν ελάσματα χαρτιού με επένδυση χαλκού από φαινολικό χαρτί, ελάσματα χαρτιού με επένδυση χαλκού από εποξειδικό χαρτί και ελάσματα γυαλιού-ινών με επένδυση χαλκού από εποξειδικό χαρτί. Αυτά χρησιμοποιούν φαινολική ρητίνη ή εποξική ρητίνη ως συνδετικό υλικό. Χρησιμοποιούν χαρτί ή υφάσματα γυαλιού χωρίς αλκάλια ως ενίσχυση. Αφού επικαλυφθούν μία ή δύο πλευρές με φύλλο χαλκού, γίνονται ηλεκτρικά μονωτικά ελάσματα.
Οι ιδιότητες αυτών των υλικών υποστρώματος πρέπει να πληρούν ευρέως αναγνωρισμένα διεθνή πρότυπα, όπως IPC-4101 (Προδιαγραφές για βασικά υλικά για άκαμπτες και πολυστρωματικές τυπωμένες πλακέτες) και τις σχετικές IEC Η ανθεκτικότητα στη φλόγα επαληθεύεται συνήθως με UL 94 κατακόρυφες βαθμολογίες καύσης και NEMA LI-1 / FR-4 χρησιμοποιείται διεθνώς για τον προσδιορισμό των ελάστρων από γυαλί-εποξειδικό υλικό. Όταν προσδιορίζετε υλικά για παγκόσμια παραγωγή, ανατρέξτε στα “slash-sheets” της IPC (ακριβείς συνδυασμοί ρητίνης/υφάσματος/χαλκού) ή στα αναγνωριστικά IEC, ώστε οι προμηθευτές και οι κατασκευαστές παγκοσμίως να μπορούν να εντοπίζουν ισοδύναμα αποθηκευμένα προϊόντα και να εξασφαλίζουν συνεπή απόδοση.
3.1 Χαλκός-Clad Εποξειδικό έλασμα υαλοϊνών
Αυτό το έλασμα χρησιμοποιεί εποξειδική ρητίνη ως συνδετικό υλικό και ύφασμα από ίνες γυαλιού ως ενίσχυση. Έχει καλύτερη μηχανική αντοχή, σταθερότητα διαστάσεων και αντοχή στην κρούση από τα ελάσματα χαρτιού. Η διηλεκτρική σταθερά ε για FR4 και FR5 είναι μεταξύ 4,3 και 4,9. Οι ηλεκτρικές τους ιδιότητες είναι καλές. Μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Το FR4 λειτουργεί στους 130℃, το FR5 στους 170℃. Επηρεάζονται λιγότερο από την υγρασία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξοπλισμό επικοινωνίας.
3.2 Φύλλα συγκόλλησης εποξειδικών ινών γυαλιού για πολυστρωματικές πλάκες (Prepreg)
Πρόκειται για υαλοϋφάσματα προεμποτισμένα με εποξειδική ρητίνη σταδίου Β. Χρησιμοποιήστε τα για την κατασκευή πολυστρωματικών πλακετών. Συνδέουν ξεχωριστά μονής στρώσης ή διπλής στρώσης αγώγιμες πλακέτες μαζί. Μετά την πλαστικοποίηση, λειτουργούν ως διηλεκτρικά μονωτικά στρώματα. Κατασκευάζονται με προ-εμποτισμό υαλοϋφάσματος χωρίς αλκάλια με εποξειδικό υλικό. Η ρητίνη σκληραίνεται στο στάδιο Β. Μετά την τελική συμπίεση και διαμόρφωση, η εποξική ρητίνη σκληραίνει πλήρως. Το αποτέλεσμα είναι ένα άκαμπτο πολυστρωματικό PCB.
3.3 Αυτοσβενόμενα (ανθεκτικά στη φλόγα) φύλλα χαλκού-χάλυβα
Τα υλικά αυτά έχουν τις ίδιες βασικές ιδιότητες με άλλα ελάσματα με επένδυση χαλκού. Αντέχουν επίσης στη φωτιά. Μειώνουν τον κίνδυνο ανάφλεξης από ένα υπερθερμασμένο εξάρτημα. Περιορίζουν επίσης τη μικρή εξάπλωση της πυρκαγιάς. Χρησιμοποιήστε τα όπου απαιτείται πυρασφάλεια.
3.4 Πλάκες από γυαλί-ίνες PTFE (τεφλόν) με χαλκό
Οι πλάκες PTFE με επένδυση χαλκού χρησιμοποιούν PTFE (τεφλόν) ως συνδετικό υλικό και ίνες γυαλιού ως ενίσχυση. Οι διηλεκτρικές τους ιδιότητες είναι εξαιρετικές. Έχουν χαμηλές διηλεκτρικές απώλειες και απώλεια εφαπτομένης (tgδ) της τάξης του 10-³. Το εύρος της διηλεκτρικής σταθεράς τους είναι ευρύ. Μπορείτε να επιλέξετε μια ποικιλία βασικών υλικών για να καλύψετε τις ανάγκες. Αντέχουν στην υψηλή θερμοκρασία και την υγρασία. Έχουν καλή χημική σταθερότητα. Λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Αυτά τα χαρακτηριστικά τα καθιστούν ιδανικά για PCB υψηλών συχνοτήτων και μικροκυματικών επικοινωνιών.
Αλλά οι πλάκες PTFE κοστίζουν περισσότερο. Είναι λιγότερο άκαμπτες. Η αντοχή πρόσφυσης του φύλλου χαλκού είναι χαμηλότερη. Αυτό καθιστά δύσκολη την κατασκευή πλακετών πολλαπλών στρωμάτων υψηλού αριθμού. Τα κοινά υλικά βάσης PTFE PCB προέρχονται από τις εταιρείες Rogers, Taconic, Arlon, Metclad και GIL.
3.5 PCB με μεταλλικό πυρήνα από χαλκό
Τα PCBs με μεταλλικό πυρήνα χρησιμοποιούν μεταλλικές πλάκες διαφόρων παχών, συνήθως από αλουμίνιο, αντί για υλικά ενισχυμένα με υαλονήματα. Μετά από ειδική επεξεργασία, η μεταλλική επιφάνεια καλύπτεται με ένα διηλεκτρικό στρώμα. Το διηλεκτρικό έχει χαμηλή θερμική αντίσταση, υψηλή μόνωση και ισχυρή συγκόλληση. Στη συνέχεια, το φύλλο χαλκού απαιτούμενου πάχους συγκολλάται στην επιφάνεια του διηλεκτρικού.
Τα PCB με μεταλλικό πυρήνα χρησιμοποιούνται για συναρμολόγηση υψηλής πυκνότητας και υψηλή πυκνότητα ισχύος. Χρησιμοποιήστε τα για κυκλώματα ισχύος με υψηλή απορρόφηση. Τα πλεονεκτήματά τους είναι η καλή απαγωγή θερμότητας και η καλή σταθερότητα διαστάσεων. Η μεταλλική βάση προσφέρει επίσης θωράκιση. Τα τρέχοντα προϊόντα χρησιμοποιούν υλικά από προμηθευτές όπως η Bergquist και ερευνητικά ινστιτούτα όπως το Ινστιτούτο 51 του Υπουργείου Βιομηχανίας Πληροφοριών.
3.6 Υλικά υποστρώματος εύκαμπτου PCB
Εύκαμπτο PCB τα υποστρώματα κατασκευάζονται με συγκόλληση φύλλου χαλκού σε λεπτό πλαστικό φιλμ. Συνήθη υλικά βάσης πλαστικών ταινιών είναι:
(1) Μεμβράνη πολυεστέρα. Η θερμοκρασία εργασίας είναι 80 ℃ έως 130 ℃. Έχει χαμηλό σημείο τήξης. Μαλακώνει και παραμορφώνεται σε θερμοκρασίες συγκόλλησης.
(2) Μεμβράνη πολυιμιδίου. Έχει καλή ευκαμψία. Αφαιρέστε την απορροφημένη υγρασία με θερμική επεξεργασία πριν από την συγκόλληση. Μετά την ξήρανση, μπορεί να συγκολληθεί με ασφάλεια. Το φιλμ πολυιμιδίου γενικού συγκολλητικού τύπου μπορεί να λειτουργεί συνεχώς στους 150 ℃. Το υλικό πολυϊμιδίου που χρησιμοποιεί FEP ως ενδιάμεσο φιλμ και ειδική κόλλα σύντηξης μπορεί να λειτουργήσει στους 250℃.
(3) Μεμβράνη φθοριούχου αιθυλενοπροπυλενίου (FEP). Χρησιμοποιείται συχνά με πολυϊμίδιο και υαλοΰφασμα. Έχει καλή ευκαμψία. Έχει μεγαλύτερη αντοχή στην υγρασία, τα οξέα και τους διαλύτες.
Κύριες τάσεις στην ανάπτυξη της τεχνολογίας PCB
Η κύρια τάση για την ανάπτυξη των PCB είναι η μεγαλύτερη πυκνότητα. Οι τρόποι για την επίτευξη υψηλής πυκνότητας είναι οι λεπτές γραμμές, οι μικρές οπές διέλευσης, οι περισσότερες στρώσεις, τα τυφλά vias και τα θαμμένα vias. Η κοινή διαδικασία για υψηλή πυκνότητα (HDI) είναι η τεχνολογία buildup multilayer (BUM).
Κύριοι δείκτες επιδόσεων και επιλογή πάχους φύλλου χαλκού για χαλκού-επικαλυμμένο εποξειδικό φύλλο υαλοϊνών
Εκτός από το πάχος και το πάχος του φύλλου χαλκού, τα ελάσματα έχουν και άλλες ιδιότητες. Αυτές περιλαμβάνουν την αντοχή σε αποφλοίωση, την παραμόρφωση, τη διηλεκτρική αντοχή, την αντίσταση μόνωσης, τη διηλεκτρική σταθερά, την εφαπτομένη διηλεκτρικών απωλειών, την αντοχή σε θερμικό σοκ, την απορρόφηση υγρασίας και την επιβράδυνση φλόγας. Οι τεχνικές απαιτήσεις για τα ελάσματα εποξειδικών ινών γυαλιού με επένδυση χαλκού πρέπει να πληρούν το GB/T4725.
Το πάχος του φύλλου χαλκού έχει μεγάλη επίδραση στην ακρίβεια των τυπωμένων αγωγών και στο ελάχιστο πλάτος του αγωγού κατά την κατασκευή. Ο γενικός κανόνας είναι: όσο πιο παχύς είναι ο χαλκός, τόσο μεγαλύτερη είναι η υποκοπή χάραξης. Ο τυπωμένος αγωγός στενεύει περισσότερο. Όταν το πλάτος του αγωγού γίνεται πολύ μικρό, δεν μπορεί να παραχθεί. Έτσι, όταν ορίζετε το ελάχιστο πλάτος αγωγού PCB, λάβετε υπόψη το πάχος χαλκού εκτός από το ρεύμα, την πυκνότητα δρομολόγησης και άλλους κανόνες.
Τα δεδομένα δείχνουν ότι για φύλλο χαλκού 35 μm, το πλάτος του αγωγού πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 0,15 mm. Για φύλλο χαλκού 18 μm, το πλάτος του αγωγού πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 0,1 mm.
Επιλογή περιγράμματος PCB, πάχος και μέγεθος μονής πλακέτας
6.1 Επιλογή περιγράμματος μονής πλακέτας
Τα PCB χρησιμοποιούν συνήθως ένα ορθογώνιο με παρόμοιο μήκος και πλάτος. Αποφύγετε τις πλακέτες με περίεργο σχήμα. Για την ευκολία μεταφοράς γραμμών και εισαγωγής σε ράφια, οι γωνίες μπορεί να χρησιμοποιούν μικρά στρογγυλά τόξα ή λοξοτομές.
Οι πολύ μικρές πλάκες (για παράδειγμα, πλάκες μικρότερες από 100 mm × 100 mm) πρέπει να τοποθετούνται σε πάνελ. Όταν διάφοροι τύποι πλακετών για ένα προϊόν έχουν τον ίδιο αριθμό στρώσεων, το ίδιο πάχος και τα ίδια διηλεκτρικά στρώματα, το ίδιο πάχος χαλκού και την ίδια ποσότητα, συνδυάστε τους σε ένα ενιαίο πάνελ.
6.2 Πάχος PCB
Επιλέξτε το πάχος της πλακέτας ανάλογα με τη λειτουργία, τη μάζα των εξαρτημάτων, τις προδιαγραφές του αντίστοιχου συνδετήρα, το μέγεθος της πλακέτας και το μηχανικό φορτίο. Για μεγάλες πλακέτες που παραμορφώνονται εύκολα, προσθέστε νευρώσεις ή πλαίσια για την ενίσχυσή τους.
Για πλάκες κάτω των 300 mm × 250 mm, το γενικό πάχος είναι συνήθως 1,6 mm. Τα backplanes και οι μεγαλύτερες μεμονωμένες πλακέτες πρέπει να έχουν πάχος μεγαλύτερο από 2 mm. Αλλά η χωρητικότητα της πρέσας περιορίζει την επεξεργασία. Το πάχος πρέπει γενικά να είναι κάτω από 4 mm.
6.3 Σειρά εξωτερικών διαστάσεων PCB
Για πλακέτες που δεν τοποθετούνται σε ράφι, ανατρέξτε στην GB9315 για τη σειρά διαστάσεων πλακέτας. Σε ερμάρια, οι βυσματούμενες πλακέτες PCB με ακραίους συνδέσμους είναι κοινές.
Σημειώσεις και απλές συμβουλές
- Επιλέξτε υλικά που πληρούν τα πρότυπα και που ο κατασκευαστής μπορεί να προμηθευτεί. Αυτό μειώνει την καθυστέρηση.
- Για πλακέτες υψηλών συχνοτήτων, χρησιμοποιήστε υλικό με βάση το PTFE όταν χρειάζεστε χαμηλές απώλειες και σταθερή διηλεκτρική σταθερά. Ελέγξτε το κόστος και τα όρια κατασκευής.
- Για τις κρίσιμες για τη θερμότητα πλακέτες ισχύος, εξετάστε το ενδεχόμενο πλακέτες με μεταλλικό πυρήνα για καλύτερη κατανομή της θερμότητας.
- Για εύκαμπτα κυκλώματα, επιλέξτε τύπους πολυιμιδίου ή FEP ανάλογα με τις ανάγκες συγκόλλησης και θερμοκρασίας. Στεγνώστε τα υλικά εάν απορροφούν υγρασία.
- Για σχέδια HDI, σχεδιάστε τα vias και την κατασκευή στρώσεων νωρίς. Χρησιμοποιήστε μεθόδους κατασκευής όταν χρειάζεστε πολλά τυφλά ή θαμμένα vias.
- Για την κατασκευή, απαριθμήστε τα κρίσιμα στοιχεία στα σχέδια: τελικό πάχος, πάχος πυρήνα ζεύγους στρώσεων, βάρος χαλκού ανά στρώση όταν χρειάζεται, ποιες στρώσεις είναι σήματος και ποιες επίπεδες, και αντίσταση στόχου για κρίσιμα δίκτυα. Προσθέστε μια σημείωση ότι η τοποθέτηση του prepreg θα οριστεί από τον κατασκευαστή για να ικανοποιήσει την αντίσταση και το συνολικό πάχος, εκτός εάν απαιτούνται ακριβή φύλλα prepreg και ο σχεδιαστής μπορεί να τα καθορίσει με σιγουριά.
