Abstrakti
Tässä asiakirjassa selitetään viestintätuotteissa käytettävien piirilevyjen (PCB) luokittelu, materiaalivalinnat, teknologiset suuntaukset, suunnittelusäännöt ja käsittelystandardit. Se on tarkoitettu piirilevysuunnittelijoiden ja prosessisuunnittelijoiden käyttöön.
Painettujen piirilevyjen tarkoitus ja toiminta
Elektronisissa viestintäjärjestelmissä käytetään monia painettuja piirilevyjä. Nämä levyt ovat laitteiston toiminnallisia osia. Ne ovat kuin elimet kehossa. Järjestelmän tai päätelaitteen piirilevyt kuljettavat virtapiirejä. Ne muodostavat rungon, johdotuksen sekä virran ja signaalien kulkureitit.
Painettujen piirilevyjen tyypit
Luokittele PCB:t käytön ja teknologian mukaan. Rakenteen ja toiminnon mukaan on olemassa yksipuolisia levyjä, kaksipuolisia levyjä ja piirilevyjä. monikerroksiset levyt.
PCB-alustan materiaalityypit ja ominaisuudet
Alustamateriaalit jaetaan jäykkiin alustoihin ja joustaviin alustoihin. Jäykkiin piirilevyihin kuuluvat kuparipäällysteiset fenolipaperilaminaatit, kuparipäällysteiset epoksipaperilaminaatit ja kuparipäällysteiset epoksilasikuitulaminaatit. Näissä käytetään sideaineena fenolihartsia tai epoksihartsia. Vahvikkeena käytetään paperia tai alkalivapaata lasikangasta. Kun yksi tai kaksi puolta on päällystetty kuparifoliolla, niistä tulee sähköä eristäviä laminaatteja.
Näiden substraattimateriaalien ominaisuuksien on täytettävä laajalti tunnustetut kansainväliset standardit, kuten seuraavat IPC-4101 (jäykkien ja monikerroksisten painettujen piirilevyjen perusmateriaalien eritelmä) ja asiaankuuluvat standardit. IEC julkaisut; liekinkestävyys todennetaan yleisesti seuraavilla menetelmillä UL 94 pystysuora palamisluokitus ja NEMA LI-1 / FR-4 nimitystä käytetään kansainvälisesti lasi-epoksilaminaattien tunnistamiseen. Kun määrittelet materiaaleja maailmanlaajuista valmistusta varten, viittaa IPC:n “slash-sheets” (tarkat hartsi/kankaan/kuparin yhdistelmät) tai IEC-tunnisteisiin, jotta toimittajat ja valmistajat voivat maailmanlaajuisesti löytää vastaavat varastoidut tuotteet ja varmistaa yhdenmukaisen suorituskyvyn.
3.1 Kupari-Clad epoksi lasikuitulaminaatti
Tässä laminaatissa käytetään sideaineena epoksihartsia ja vahvistuksena lasikuitukangasta. Sillä on parempi mekaaninen lujuus, mittapysyvyys ja iskunkestävyys kuin paperilaminaateilla. Dielektrisyysvakio ε on FR4 ja FR5 on välillä 4,3-4,9. Niiden sähköiset ominaisuudet ovat hyvät. Ne voivat toimia korkeammissa lämpötiloissa. FR4 toimii 130 ℃:iin ja FR5 170 ℃:iin. Kosteus vaikuttaa niihin vähemmän. Siksi niitä käytetään laajalti viestintälaitteissa.
3.2 Monikerroslevyjen epoksilasi-kuituliimauslevyt (prepreg)
Nämä ovat lasikangasmateriaaleja, jotka on esikäsitelty B-vaiheen epoksihartsilla. Käytä niitä monikerroksisten levyjen valmistukseen. Ne liimaavat erilliset yksikerroksinen tai kaksikerroksisia johtavia kuviolevyjä yhdessä. Laminoinnin jälkeen ne toimivat dielektrisinä eristekerroksina. Ne valmistetaan kyllästämällä alkalivapaa lasikangas epoksilla. Hartsi kovetetaan B-vaiheeseen. Lopullisen puristuksen ja muotoilun jälkeen epoksi kovettuu täysin. Tuloksena on jäykkä monikerroksinen piirilevy.
3.3 Itsestään sammuvat (liekinkestävät) kuparilevylaminaatit
Näillä materiaaleilla on samat perusominaisuudet kuin muilla kuparipäällysteisillä laminaateilla. Ne kestävät myös tulta. Ne vähentävät ylikuumentuneesta komponentista aiheutuvaa syttymisriskiä. Ne myös rajoittavat pienen palon leviämistä. Käytä niitä siellä, missä tarvitaan paloturvallisuutta.
3.4 Kuparoidut PTFE (teflon) lasikuitulevyt
Kuparipäällysteisissä PTFE-levyissä käytetään PTFE:tä (teflonia) sideaineena ja lasikuitua lujitteena. Niiden dielektriset ominaisuudet ovat erinomaiset. Niiden dielektrinen häviö on alhainen ja tangenttihäviö (tgδ) on suuruusluokkaa 10-³. Niiden dielektrisyysvakioalue on laaja. Voit valita erilaisia perusmateriaaleja tarpeiden mukaan. Ne kestävät korkeita lämpötiloja ja kosteutta. Niillä on hyvä kemiallinen stabiilisuus. Ne toimivat laajalla lämpötila-alueella. Nämä ominaisuudet tekevät niistä ihanteellisia suurtaajuus- ja mikroaaltoviestinnän piirilevyille.
PTFE-levyt maksavat kuitenkin enemmän. Ne ovat vähemmän jäykkiä. Kuparifolion tartuntalujuus on pienempi. Tämä vaikeuttaa monikerroslevyjen rakentamista. Yleisiä PTFE-piirilevypohjamateriaaleja ovat Rogers, Taconic, Arlon, Metclad ja GIL.
3.5 Kuparoidut metalliytimelliset PCB:t
Näissä piirilevyissä, joita kutsutaan myös metalliydinpiirilevyiksi, käytetään lasikuituvahvisteisten materiaalien sijasta eri paksuisia metallilevyjä, yleensä alumiinia. Erikoiskäsittelyn jälkeen metallipinta peitetään dielektrisellä kerroksella. Dielektrisellä kerroksella on alhainen lämmönkestävyys, hyvä eristys ja vahva sidos. Tämän jälkeen dielektriseen pintaan liimataan halutun paksuinen kuparifolio.
Metalliydinpiirilevyjä käytetään tiheään kokoonpanoon ja suureen tehotiheyteen. Käytä niitä tehopiireihin, joissa on suuri häviö. Niiden etuina ovat hyvä lämmönhukka ja hyvä mittapysyvyys. Metallipohja tarjoaa myös suojauksen. Nykyisissä tuotteissa käytetään Bergquistin kaltaisten toimittajien ja tutkimuslaitosten, kuten tietoteollisuusministeriön instituutin 51, materiaaleja.
3.6 Joustavat PCB-alustamateriaalit
Joustava PCB substraatit valmistetaan liimaamalla kuparifolio ohueen muovikalvoon. Yleisiä muovikalvopohjamateriaaleja ovat:
(1) Polyesterikalvo. Työlämpötila on 80 ℃ - 130 ℃. Sillä on alhainen sulamispiste. Se pehmenee ja muotoutuu juotoslämpötiloissa.
(2) Polyimidikalvo. Sillä on hyvä joustavuus. Poista imeytynyt kosteus lämpökäsittelyllä ennen juottamista. Kuivauksen jälkeen se voidaan juottaa turvallisesti. Yleinen liimaustyyppinen polyimidikalvo voi toimia jatkuvasti 150 ℃:ssa. Polyimidimateriaali, jossa käytetään FEP:tä välikalvona ja erityistä fuusioliimaa, voi toimia 250 ℃:ssa.
(3) Fluorattu eteenipropyleenikalvo (FEP). Käytetään usein polyimidin ja lasikangaskalvon kanssa. Sillä on hyvä joustavuus. Kestää paremmin kosteutta, happoja ja liuottimia.
PCB-teknologian kehityksen tärkeimmät suuntaukset
Piirilevykehityksen tärkein suuntaus on suurempi tiheys. Keinoja tiheyden saavuttamiseksi ovat hienot linjat, pienet läpivientireiät, useammat kerrokset, sokeat läpiviennit ja upotetut läpiviennit. Yleinen prosessi suuren tiheyden (HDI) saavuttamiseksi on buildup multilayer (BUM) -tekniikka.
Tärkeimmät suorituskykyindeksit ja kuparifolion paksuuden valinta kupari-epoksiepoksi-lasikuitulaminaatille
Paksuuden ja kuparifolion paksuuden lisäksi laminaateilla on muitakin ominaisuuksia. Näitä ovat esimerkiksi kuorintalujuus, vääntyminen, dielektrinen lujuus, eristysresistanssi, dielektrisyysvakio, dielektrinen häviötangentti, lämpöshokkikestävyys, kosteuden imeytyminen ja palonesto. Kuparipäällysteisten epoksilasikuitulaminaattien teknisten vaatimusten on oltava GB/T4725:n mukaisia.
Kuparifolion paksuudella on suuri vaikutus painettujen johtimien tarkkuuteen ja johtimen vähimmäisleveyteen valmistuksessa. Yleissääntö on: mitä paksumpi kupari, sitä suurempi syövytysalaleikkaus. Painettu johdin kapenee enemmän. Kun johtimen leveydestä tulee liian pieni, sitä ei voida valmistaa. Kun siis asetat piirilevyn pienintä johtimen leveyttä, ota huomioon kuparin paksuus virran, reititystiheyden ja muiden sääntöjen lisäksi.
Tiedot osoittavat, että 35 μm:n kuparifoliolla johtimen leveyden pitäisi olla yli 0,15 mm. 18 μm:n kuparifoliolla johtimen leveyden olisi oltava yli 0,1 mm.
PCB Outline valinta, paksuus ja yhden levyn koko
6.1 Yhden piirilevyn ääriviivojen valinta
Piirilevyissä käytetään yleensä suorakulmiota, jonka pituus ja leveys ovat samankaltaiset. Vältä parittoman muotoisia levyjä. Linjan siirtämisen ja telineisiin asettamisen helpottamiseksi kulmissa voidaan käyttää pieniä pyöreitä kaaria tai viisteitä.
Hyvin pienet levyt (esimerkiksi alle 100 mm × 100 mm:n kokoiset levyt) olisi paneloitava. Jos useilla yhden tuotteen levytyypeillä on sama kerrosluku, sama paksuus ja dielektriset kerrokset, sama kuparin paksuus ja sama määrä, ne yhdistetään yhdeksi paneeliksi.
6.2 PCB-paksuus
Valitse levyn paksuus toiminnon, komponenttimassan, yhteensopivien liittimien spesifikaatioiden, levyn koon ja mekaanisen kuormituksen mukaan. Kun kyseessä ovat suuret levyt, jotka taipuvat helposti, lisää kylkiluut tai kehykset niiden vahvistamiseksi.
Alle 300 mm × 250 mm:n levyissä yleinen paksuus on 1,6 mm. Taustalevyjen ja suurempien yksittäisten piirilevyjen tulisi olla paksumpia kuin 2 mm. Puristimen kapasiteetti rajoittaa kuitenkin käsittelyä. Paksuuden tulisi yleensä olla alle 4 mm.
6.3 Piirilevyn ulkoiset mitat Sarja
Jos piirilevyjä ei ole sijoitettu telineeseen, katso GB9315 levyn mittasarjaa varten. Kaapeissa reunaliittimillä varustetut pistokepohjaiset piirilevyt ovat yleisiä.
Huomautuksia ja yksinkertaisia neuvoja
- Valitse materiaalit, jotka täyttävät standardit ja jotka valmistaja voi varastoida. Tämä vähentää viiveitä.
- Käytä PTFE-pohjaista materiaalia suurtaajuuslevyissä, kun tarvitset alhaisia häviöitä ja vakaata dielektrisyysvakiota. Tarkista kustannukset ja rakentamisrajat.
- Lämpökriittisten teholevyjen osalta kannattaa harkita metalliydinlevyjä, jotta lämpö jakautuu paremmin.
- Joustaviin piireihin valitaan polyimidi- tai FEP-tyyppejä juottamisen ja lämpötilan mukaan. Kuivaa materiaalit, jos ne imevät kosteutta.
- Suunnittele läpiviennit ja kerrosten rakentaminen varhaisessa vaiheessa HDI-suunnittelussa. Käytä rakentamismenetelmiä, kun tarvitset monia sokeita tai upotettuja läpivientejä.
- Luettele piirustuksissa kriittiset kohdat valmistusta varten: lopullinen paksuus, kerrosparin ytimen paksuus, kuparin paino kerrosta kohti tarvittaessa, mitkä kerrokset ovat signaalikerroksia ja mitkä tasoja, ja kriittisten verkkojen tavoiteimpedanssi. Lisää huomautus siitä, että valmistaja asettaa prepreg-levyjen sijoittelun impedanssin ja kokonaispaksuuden mukaisesti, ellei tarkkaa prepreg-levyä tarvita ja ellei suunnittelija voi määritellä sitä luotettavasti.
