Jeśli chodzi o elektronikę, PCB to niedocenieni bohaterowie, dzięki którym wszystko działa płynnie. Są jak drogi łączące wszystkie części miasta, pozwalając sygnałom dotrzeć tam, gdzie powinny. I tak jak chcesz dróg wykonanych z niezawodnych materiałów, które poradzą sobie z ruchem ulicznym, chcesz, aby Twoje płytki PCB były wytrzymałe. Wybrany materiał PCB jest ważny. Określa, jak dobrze Twoje urządzenie będzie działać i wytrzymać w codziennym użytkowaniu. na szczęście, do Twojej dyspozycji jest różnorodna gama materiałów, spełniające Twoje specyficzne potrzeby w zakresie wydajności projektowej. Ten przewodnik poprowadzi Cię przez główne materiały PCB, z których możesz wybierać i co sprawia, że każdy z nich jest wyjątkowy. Przejdźmy więc do tego!
Z czego wykonane są płytki drukowane?
W tej sekcji, przedstawiamy głównie kluczowe warstwy tworzące płytkę drukowaną i użyte w nich materiały:
- Warstwa podłoża
ten PCB warstwa podłoża jest jak fundament domu – to podstawa, na której opiera się wszystko inne na płytce drukowanej. Zazwyczaj, warstwa ta jest wykonana z włókna szklanego, co nadaje płytkom drukowanym ich charakterystyczną sztywność. Ale włókno szklane nie jest jedynym dostępnym materiałem.
Podłoża można również konstruować przy użyciu epoksydów, CEM-1, G-11, izolowany metal, FR-1, lub poliimid. Każdy materiał ma swoje właściwości, które inżynierowie wybierają w zależności od takich czynników, jak ilość ciepła, jaką może wytrzymać płytka drukowana, czy stała dielektryczna. Ale spośród wszystkich opcji, Zdecydowanie najpopularniejszy jest FR-4.
- Warstwa przewodząca
Jeśli warstwa podłoża jest podstawą płytki drukowanej, warstwę przewodzącą można porównać do okablowania, dzięki któremu wszystko działa. Jest to warstwa zbudowana z cienkich ścieżek miedzianych, które przesyłają sygnały i moc w całym obwodzie.
Miedź stała się najczęściej wybieranym materiałem na warstwę przewodzącą, ponieważ jest doskonałym przewodnikiem i jest tańsza cenowo niż inne opcje, takie jak srebro czy złoto. Pewnie, materiały te są nieco bardziej przewodzące, ale miedź spełnia swoje zadanie w większości zastosowań.
Przewodzący ślady na PCB przypominają maleńkie miedziane autostrady przenoszące prąd do wszystkich elementów. Układ i projekt tych ścieżek są bardzo ważne, aby mieć pewność, że sygnały mogą przemieszczać się szybko i skutecznie.
- Warstwa maski lutowniczej
Warstwa maski lutowniczej, cienką powłoką przypominającą plastik, jest umieszczony nad miedzianymi torami na a tablica PCB. Warstwa ta działa jak izolator, który zapobiega mostkowaniu lutu pomiędzy pobliskimi ścieżkami miedzianymi podczas montażu płytki PCB. Dlatego maska lutownicza odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu tworzeniu się niepożądanych połączeń elektrycznych. Odsłaniając tylko zamierzone punkty lutownicze, maska lutownicza prowadzi lut tak, aby wykonać prawidłowe połączenia i uniknąć zwarć. W rzeczywistości na maskę lutowniczą stosuje się kilka różnych materiałów, w zależności od metody aplikacji, są płynem epoksydowym, suchy film, i płynny, nadający się do fotoobrazowania.
- Warstwa sitodruku
ten warstwa sitodruku na płytce drukowanej jest jak mapa drogowa budowy elektroniki. Ten atrament epoksydowy jest drukowany na wierzchu płytki drukowanej w końcowych etapach. Pokazuje, gdzie należy umieścić każdy element, za pomocą przydatnych etykiet i oznaczeń. Poza etykietowaniem, sitodruk wskazuje również ważne ostrzeżenia lub logo producenta. Wszystkie te małe symbole i kody wydrukowane białym atramentem zapewniają kluczowe wskazówki dotyczące konstruowania i debugowania.
Typowe rodzaje materiałów PCB
- FR-4 (Zmniejszający palność 4)
FR-4 stał się dominującym materiałem na płytki drukowane ze względu na optymalne połączenie przystępnej ceny, niezawodne działanie, i prostota produkcji. Składa się z tkanej tkaniny z włókna szklanego impregnowanej żywicą epoksydową i wzmocnionej materiałem trudnopalnym. Płytki drukowane FR-4 zapewniają skuteczną izolację elektryczną i wytrzymałość konstrukcyjną, zachowując jednocześnie stabilność funkcjonalną w wysokich i niskich temperaturach. Ta wszechstronność sprawia, że FR-4 jest odpowiednim wyborem do płytek PCB w różnych produktach, w tym w elektronice użytkowej, urządzenia telekomunikacyjne, i maszyny przemysłowe.
- CEM-3
Podobnie jak FR-4, CEM-3 wykonany jest z tkanych włókien szklanych nasączonych żywicą epoksydową. Daje mu to wiele takich samych pożądanych właściwości jak FR-4: doskonała izolacja elektryczna, siła mechaniczna, i stabilność termiczna. Ale CEM-3 wyróżnia się nieco tańszą ceną. Dla projekty obwodów które nie wymagają absolutnej szczytowej wydajności, świadomi kosztów inżynierowie często sięgają po CEM-3 zamiast droższego FR-4. Tak więc, czcigodny FR-4 nadal króluje w zaawansowanych zastosowaniach, CEM-3 oferuje kuszącą opcję dla bardziej codziennych potrzeb PCB. Równowaga możliwości i skromna cena sprawiają, że CEM-3 jest niezawodnym materiałem backendowym dla wszystkich rodzajów elektroniki.
- Poliamid
Poliimid to wszechstronny materiał polimerowy, idealny do płytek drukowanych w wymagających środowiskach. Niezrównana stabilność termiczna poliimidu, elastyczność mechaniczna, i odporność chemiczna pozwalają zachować integralność i funkcjonalność nawet w bardzo wymagających warunkach operacyjnych. Ekstremalne temperatury i środki żrące pogarszają wytrzymałość wielu materiałów, poliimid zachowuje swoje właściwości i nadal działa niezawodnie.
Ta wyjątkowa odporność termiczna i chemiczna, w połączeniu z elastycznością strukturalną, sprawia, że poliimid doskonale nadaje się do stosowania w elektronice o znaczeniu krytycznym w wielu gałęziach przemysłu, w tym lotniczym, automobilowy, i wojskowych.
- Teflon (PTFE)
Materiał ten oferuje wyjątkowe właściwości elektryczne, które minimalizują utratę sygnału, nawet na częstotliwościach radarowych i satelitarnych. Główną atrakcją PTFE jest jego niska zawartość stała dielektryczna i tangens straty, które ograniczają degradację i zniekształcenia sygnału. Ma również wyjątkową stabilność termiczną dzięki wysokiej temperaturze zeszklenia. Teflonowe płytki drukowane zachowują swoją strukturę i integralność wydajności nawet pod wpływem ekstremalnego ciepła. Aby to uzupełnić, ten materiał PCB wykazuje doskonałą odporność chemiczną, lekceważąc nawet agresywne chemikalia, które mogłyby uszkodzić inne tworzywa sztuczne.
- Materiał PCB z metalowym rdzeniem
Rdzenie metalowe, jak sama nazwa wskazuje, mają metalowy rdzeń, typowo aluminiowe, aby zapewnić lepsze odprowadzanie ciepła. Często się przyzwyczajają, gdy komponenty stają się bardzo gorące. Mówimy o diodach LED dużej mocy, konwertery mocy, elektronika samochodowa – wszystko, co generuje ogromne ciepło. Więc następnym razem, gdy będziesz budować elektronikę, gdzie wszystko staje się strasznie gorące, płyty z rdzeniem metalowym masz plecy! Zintegrowany metalowy rdzeń ułatwia odprowadzanie ciepła z elementów wrażliwych na temperaturę, zapobiegając w ten sposób przegrzaniu i zapewniając stałą wydajność.
- Materiał Rogersa
Rogers Corporation wyróżnia się jako wiodący dostawca materiałów PCB, oferując produkty o wysokiej wydajności do wymagających zastosowań. Ich popularne serie RO4000 i RO3000 obsługują wysokie częstotliwości, wysoka temperatura, i wysoką niezawodność. Materiały Rogers zapewniają specjalistyczne właściwości niezbędne w produktach takich jak systemy radarowe, sprzęt wiertniczy, oraz awionika lotnicza, gdzie wydajność ma kluczowe znaczenie. Z wewnętrznym R&D i produkcja, Rogers produkuje najwyższej jakości materiały PCB, którym zaufali producenci dbający o jakość w przypadku płytek o znaczeniu krytycznym. Gdy obwody muszą działać bezbłędnie w intensywnych warunkach, Rogers dostarcza.
Poniżej znajduje się tabela porównująca te materiały PCB pod różnymi względami:
| Materiał | FR4 | CEM-3 | Teflon | Rogers | Metal | Poliamid |
| Stała dielektryczna | ~4,4 | ~4,5 – 4.9 | ~2.1 | ~2,5 – 10.2 | Zmienny | ~3.4 – 3.5 |
| Stabilność termiczna | Dobry | Umiarkowany | Doskonały | Doskonały | Zmienny | Dobry |
| Zakres częstotliwości | Do zakresu GHz | Do zakresu GHz | Do zakresu GHz | kuchenka mikrofalowa & RF | Ograniczone przez skórę | Zakres GHz |
| Stracić styczność | Niski | Umiarkowany | Bardzo niski | Niski | Niski | Niski |
| Koszt | Niski | Niski | Wysoki | Wysoki | Umiarkowane do wysokiego | Umiarkowany |
| Mechaniczny Flex | Ograniczony | Ograniczony | Dobry | Ograniczony | Ograniczony | Doskonały |
| Przetwarzanie | Standard | Standard | Specjalistyczne | Specjalistyczne | Ograniczony | Standard |
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiału PCB
Przy wyborze materiału należy wziąć pod uwagę wiele aspektów produkcja płytek drukowanych:
Wydajność elektryczna
- Stała dielektryczna (Dk): Ma to wpływ na prędkość propagacji sygnału i kontrolę impedancji. Wyższe wartości Dk mogą prowadzić do niższych prędkości sygnału.
- Współczynnik rozpraszania (Df): Wpływa na straty sygnału i wydajność energetyczną. Niższe wartości Df są pożądane w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości.
Siła mechaniczna
- Wytrzymałość na rozciąganie: Określa zdolność płytki PCB do wytrzymywania naprężeń mechanicznych bez deformacji i pęknięć.
- Wytrzymałość na zginanie: Dotyczy elastycznych lub sztywne i elastyczne płytki PCB, wskazując ich odporność na zginanie i zginanie.
Właściwości termiczne
- Przewodność cieplna: Ma kluczowe znaczenie dla rozpraszania ciepła w komponentach energochłonnych. Wysoka przewodność cieplna pomaga efektywniej odprowadzać ciepło.
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej (Szopa): Niedopasowanie pomiędzy płytką PCB a współczynnikiem CTE komponentu może powodować problemy z niezawodnością w wyniku cykli termicznych.
Palność i odporność na ogień
- Ocena UL: ten 94 Klasyfikacja klasyfikuje materiały na podstawie ich palności i właściwości samogasnących. V-0 jest bardziej ognioodporny niż V-2, na przykład.
Rozważania dotyczące kosztów
- Koszty materiałów PCB mogą się znacznie różnić. Materiały o wysokiej wydajności, takie jak PTFE (Teflon) są zwykle droższe niż FR-4, powszechny materiał na bazie żywic epoksydowych.
Wytwarzalność
- Kompatybilność z procesami montażowymi: Niektóre materiały mogą wymagać specjalistycznego sprzętu lub metod przetwarzania, które mogą mieć wpływ na koszty produkcji.
- Wiercenie i obrabialność: Materiały powinny być łatwe w obróbce podczas procesu produkcyjnego.
Względy środowiskowe
- Zgodność z dyrektywą RoHS: Sprawdź, czy wybrany materiał płytki drukowanej spełnia obowiązujące normy środowiskowe, jak wymagania RoHS, które ograniczają niektóre substancje toksyczne.
- Recykling i utylizacja: Weź pod uwagę łatwość recyklingu i utylizacji materiału po zakończeniu cyklu życia płytki drukowanej.
Integralność sygnału i częstotliwość
- Aplikacje o wysokiej częstotliwości: Różne materiały wykazują różną charakterystykę utraty sygnału przy wyższych częstotliwościach. Wybierz materiał o stycznej o niskiej stracie, aby poprawić integralność sygnału.
Dolna linia
Wybór odpowiedniego materiału na płytkę drukowaną to wielka sprawa. Może to naprawdę wpłynąć na działanie płytki drukowanej, jak długo to trwa, i ile kosztuje budowa. Musisz wziąć pod uwagę takie rzeczy jak: czy te rzeczy dobrze przewodzą prąd? A co z ciepłem? – czy skutecznie to rozprasza? Czy wytrzyma fizycznie z biegiem czasu? Czy poradzi sobie z narażeniem na wszelkie chemikalia i warunki, które tu występują? W zależności od aplikacji, być może będziesz musiał pomyśleć także o czynnikach środowiskowych. Poprzez zrozumienie mocnych stron i ograniczeń każdego materiału PCB, inżynierowie mogą wybrać optymalny dla swoich konkretnych celów projektu. Jeśli potrzebujesz pomocy w wyborze materiału PCB, spróbuj poszukać pomocy u Technologia MOKO.
