Компоненты печатных плат (ПКБ) 2

Из чего сделаны печатные платы?

Для изготовления печатных плат (PCB) можно использовать различные материалы для компонентов и подложек. Выбор материала зависит от потребностей конкретного применения, поскольку разные материалы могут придавать схемам разные характеристики, обеспечивающие лучшую производительность в определенных условиях.

Разработчики могут выбирать материалы, основываясь на их электрических характеристиках в высокоскоростных приложениях или на термической или механической прочности, например, в автомобильных приложениях под капотом. Разработчики могут соблюдать требования регулирующих органов. Например, директива ЕС об ограничении использования опасных веществ (RoHS) запрещает использование веществ, содержащих все запрещенные химические вещества и металлы.

Наиболее распространенным фактором для рассмотрения является соответствие продукта сертификации UL, что означает характеристики подавления пламени Underwriters Laboratories. Оценка UL имеет решающее значение для многих электронных устройств, чтобы гарантировать, что в случае пожара печатная плата не погаснет сама по себе, что обычно считается необходимым для потребительской электроники и других устройств.

Ламинаты обычно изготавливаются из тканых материалов и смол, обладающих отчетливыми изоляционными свойствами. К ним относятся диэлектрики, такие как эпоксидные смолы FR4, тефлон, полиимид и другие, в которых используются стеклянные и смоляные покрытия. Разнообразие различных электрических и тепловых аспектов определяет, какой из них будет лучше всего работать для конкретной печатной платы.

Разработчики печатных плат должны учитывать различные вопросы производительности при выборе материала для проектирования своих печатных плат. Некоторые из наиболее распространенных аспектов для рассмотрения включают:

• Диэлектрическая проницаемость является решающим показателем электрических характеристик
• Огнестойкость является решающим аспектом для сертификации UL (см. выше)
• Более высокие температуры стеклования (Tg) для лучшей способности выдерживать более высокие температуры при сборке
• Сниженные факторы потерь необходимы для высокоскоростных приложений, где важна скорость сигнала.
• Механическая прочность, которая включает в себя сдвиг, растяжение и различные механические свойства, которые могут потребоваться печатной плате при вводе в эксплуатацию
• Производительность тепловой системы является решающим фактором при работе в условиях высоких температур
• Размерная стабильность, или, насколько смещается материал и как часто он перемещается в процессе производственных тепловых циклов и воздействия влажности

Вот некоторые из наиболее известных материалов, которые используются при производстве печатных плат с электронными компонентами:

1. Препрег и эпоксидный ламинат FR4Ламинат FR4 является самым востребованным материалом подложки печатных плат во всем мире. Термин «FR4» относится к группе материалов, которые соответствуют требованиям спецификаций NEMA LI 1-1998. Материалы FR4 обладают превосходными электрическими, термическими и механическими свойствами в дополнение к благоприятному соотношению прочности к весу, что позволяет использовать их в широком спектре электронных приложений. Ламинаты и препреги FR4 изготавливаются из стеклоткани и эпоксидной смолы и, как правило, являются самыми дешевыми доступными материалами для печатных плат. Он особенно предпочтителен для печатных плат с меньшим количеством слоев, двухсторонних или односторонних, до многослойных структур, обычно менее четырнадцати слоев. Кроме того, эту базовую смолу можно смешивать с добавками, которые значительно улучшают ее электрические, термические характеристики и безопасность/рейтинг UL по огнестойкости, что значительно расширяет ее возможности для использования в конструкциях с большим количеством слоев, а также в приложениях с повышенной температурной нагрузкой и более высокими электрическими характеристиками при более низкой стоимости для высокоскоростных схем. Препреги и ламинаты FR4 можно использовать различными способами и адаптировать с использованием общепринятых методов производства с надежной производительностью.
2. Полиимидные ламинаты и препреги:Полиимидные ламинаты имеют лучшие температурные характеристики, чем материал FR4, а также улучшенные электрические свойства. Полиимиды стоят дороже, чем FR4, но они обеспечивают лучшую долговечность в экстремальных и высоких температурах. Они также обладают более высокой степенью стабильности при термическом циклировании и обладают меньшей способностью к расширению, что делает их идеальными для конструкций с большим количеством слоев.
3. Связующие и тефлоновые слои:Связующие и ламинаты из тефлоновых материалов обладают выдающимися электрическими свойствами, что делает их идеальными для высокоскоростных схем. Тефлоновые материалы дороже, чем полиимид, но дают разработчикам необходимую скорость и производительность. Тефлоновые материалы можно наносить на стеклоткань, однако также можно изготавливать неармированные пленки или использовать специфические добавки и наполнители для улучшения механических свойств. Производство тефлоновых печатных плат обычно требует квалифицированной и обученной рабочей силы, специального оборудования и процессов, а также ожидания более низкой производительности.
4. Гибкие ламинатыЭти ламинаты, которые являются гибкими и тонкими по толщине, позволяют складывать электронные конструкции, не влияя на электрическую непрерывность. Они не используют стеклоткань для поддержки, а вместо этого построены на пластиковом листе. Они могут быть в виде устройства, сложенного в одноразовом приложении flex-to-install, поскольку они находятся в динамическом изгибе, что означает, что схемы будут постоянно складываться в течение срока службы продукта. Гибкие ламинаты могут быть изготовлены с использованием более высоких температур материалов, таких как полиимид или LCP (жидкокристаллический полимер), или чрезвычайно дешевых материалов, таких как полиэтилен и пен. Поскольку гибкие ламинаты чрезвычайно тонкие, изготовление гибких схем также может потребовать высококвалифицированной рабочей силы, специального оборудования и процессов, а также ожидания более низкой производительности.
5. Другие:На рынке доступно множество различных связующих и ламинатных материалов, включая BT и цианатные эфирные керамики или смешанные материалы, которые смешивают смолы для достижения отчетливых механических или электрических характеристик. Поскольку объемы намного меньше, чем у FR4, а производство намного сложнее, они часто считаются более дорогими альтернативами для конструкций печатных плат.

Выбор правильного ламината имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы печатная плата обладала соответствующими механическими, диэлектрическими, электрическими и тепловыми свойствами, соответствующими конечному применению.