Vejledning til valg af printkortmateriale

Den vigtigste del af elektronikken er printpladen (PCB). Alternativt har forkortelsen også stået for printkort og printkort, som stort set er det samme. På grund af disse korts afgørende rolle i alt fra computere til regnemaskiner, bør valg af printkortmaterialer foretages med omhu og viden om de elektriske behov i et givet stykke udstyr.

Før udviklingen af ​​printkort var printkortmaterialer for det meste dækket af reder af sammenfiltrede, overlappende ledninger, der let kunne briste på visse steder. De kunne også kortslutte, når ælden tog overhånd, og visse ledninger begyndte at revne. Som forventet var den manuelle proces, der gik med ledningsføringen af ​​disse tidlige printkort, forvirrende og omhyggelig.

Efterhånden som et stigende antal elektroniske komponenter i hverdagen begyndte at være afhængige af printkort, var kapløbet om at udvikle enklere og mere kompakte alternativer indledt, og dette førte til udviklingen af ​​materialet PCB. Med PCB-materialer kan kredsløb føres mellem en række forskellige komponenter. Metallet, der letter strømoverførslen mellem printkortet og eventuelle tilsluttede komponenter, kaldes lodning, som også tjener et dobbelt formål med sine klæbende egenskaber.

PCB-materialets sammensætning

Et printkort består generelt af fire lag, der er varmelamineret sammen til et enkelt lag. Materialet, der anvendes i printkort, omfatter følgende lag fra top til bund:

• Silketryk

• Loddemaske

• Kobber

• Underlag

Det sidste af disse lag, substratet, er lavet af glasfiber og er også kendt som FR4, hvor FR-bogstaverne står for "brandhæmmende". Dette substratlag giver et solidt fundament for printkort, selvom tykkelsen kan variere afhængigt af anvendelsen af ​​et givet printkort.

Der findes også et billigere udvalg af printkort på markedet, som ikke bruger de samme førnævnte printkortmaterialer, men i stedet består af fenoler eller epoxyer. På grund af disse printkorts termiske følsomhed har de en tendens til let at miste deres laminering. Disse billigere printkort er ofte lette at identificere på den lugt, de afgiver, når de loddes.

Det andet lag af et printkort er kobber, som er lamineret på substratet med en blanding af varme og klæbemiddel. Kobberlaget er tyndt, og på nogle printkort er der to sådanne lag - et over og et under substratet. Printkort med kun et enkelt lag kobber bruges ofte til billigere elektroniske enheder.

Det massivt anvendte kobberbeklædte laminat (CCL) kan klassificeres i forskellige kategorier i henhold til forskellige klassificeringsstandarder, herunder forstærkningsmateriale, anvendt harpiksklæbemiddel, brandbarhed og CCL-ydeevne.

Over den grønne loddemaske er silketryklaget, som tilføjer bogstaver og numeriske indikatorer, der gør et printkort læsbart for tekniske programmører. Dette gør det igen lettere for elektroniksamlere at placere hvert printkort på det rigtige sted og i den rigtige retning på hver komponent. Silketryklaget er normalt hvidt, selvom farver som rød, gul, grå og sort også nogle gange bruges.

Tekniske termer for PCB-lag

Udover en forståelse af, hvordan printkortet er lagdelt, er det også vigtigt at kende følgende tekniske termer, der følger med brugen af ​​printkort:

• Ringformet ring. Kobberringen, der omgiver hullerne på et printkort.

• DRC. Et akronym for designregeltjek. DRC er i bund og grund en praksis, hvorved et printkorts design kontrolleres for dets funktionalitet. Detaljer, der kontrolleres, omfatter bredden af ​​sporene og borehullerne.

• Boreslag. Bruges til at beskrive alle huller på et printkort, uanset om de er korrekte eller forkert placeret. I nogle tilfælde kan et hul være en smule forkert på grund af sløvt boreudstyr, der bruges under produktionen.

• Finger. Metal, der er eksponeret langs kanten af ​​printkortet, og som fungerer som forbindelsespunkter mellem to printkort. Fingre findes oftest på gamle videospil og hukommelseskort.

• Musebits. En del af printkortet, der er blevet for boret i en sådan grad, at det truer printkortets strukturelle integritet.

• Pude. Et område af eksponeret metal på et printkort, hvorpå et loddet stykke generelt påføres.

• Panel. Et stort printkort bestående af mindre kort, som til sidst adskilles til individuel brug. Årsagen til denne praksis er at eliminere de vanskeligheder, som håndterere oplever, når det kommer til håndtering af mindre kort.

• Pasta-skabelon. En metalskabelon på et bræt, hvorpå der påføres pasta til lodning.

• Plan. En større sektion af eksponeret kobber på et printkort, som er markeret med kanter, men mangler en bane.

• Belagt gennemgående hul. Et hul, der går lige igennem et printkort, normalt med det formål at forbinde en anden komponent. Hullet er belagt og har normalt en ringformet ring.

• Riller. Ethvert hul, der ikke er cirkulært. Printkort med riller er ofte dyre på grund af produktionsomkostningerne ved at lave huller med ulige forme på et printkort. Riller er typisk ikke belagte.

• Overflademontering. En metode, hvor eksterne komponenter monteres direkte på printkortet uden brug af gennemgående huller.

• Spor. En kontinuerlig kobberledning på tværs af et printkort.

• V-skær. Et sted, hvor printkortet er blevet delvist skåret over. Dette kan gøre et printkort sårbart over for knæk.

• Via. Et hul, hvorigennem signaler bevæger sig mellem lag. Viaer ses i telt- og ikke-telt-versioner. Telt-versioner er dækket af en beskyttende loddemaske, mens de ikke-telt-viaer bruges til stikforbindelser.

Tallet, der står før et lag, refererer til det nøjagtige antal ledende lag, hvad enten det er et routing- eller et plant lag – de to lagtyper. Lag har typisk tallet 1 eller et af de næste fire lige tal: 2, 4, 6, 8. Lagkort har nogle gange ulige tal, men disse er sjældne og ville næppe gøre nogen forskel. For eksempel ville printkortmaterialet i et 5-lags eller 6-lags kort være stort set identisk.

De to lagtyper har forskellige funktioner. Routingslag har spor. Planlag fungerer som strømstik og har kobberplaner. Planlag har også øer, der bestemmer signalformålet for et printkort, hvad enten det er 3.3 V eller 5 V.

FR4 er kodenavnet for glasfiberforstærkede epoxylaminerede plader. På grund af dets styrke, såvel som dets evne til at modstå fugt og brand, er FR4 et af de mest populære printkortmaterialer.

Yderligere overvejelser vedrørende printkortdesign

Et tal som 1.6 mm bruges til at angive tykkelsen på et lagplade. På 4-lags plader er 1.6 mm standardmålet. Tykkelse er noget at være opmærksom på, når man vælger plader til en enhed. Plader med større tykkelse vil for eksempel tilbyde mere støtte, når tunge forbindelsesgenstande skal understøttes.

Standardniveauet for kobbertykkelse på plane lag er 35 mikron. Alternativt angives kobbertykkelsen nogle gange i ounces eller gram. Det er bedst at gå efter en højere kobbertykkelse end normal på printplader, der understøtter mange applikationer.

Spor er ikke beregnet til at overføre strøm, men dette kan nogle gange ske, når signaler ikke håndterer frekvenser korrekt. Hvis problemet ikke holdes under kontrol, kan sporene ende med at miste store mængder strøm. For at få så meget strøm som muligt flyttet fra den ene side af et spor til den anden, skal sporets layout tage højde for transmissionsligninger.

Generelt er to tommer den rigtige sporafstand på layerboards, der består af kobbersporet FR4 PCB-materiale, forudsat at signaltiden er et nanosekund. Du skal dog også tage højde for transmissionslinjens virkninger ved lange sporlængder, især hvis signalintegritet er afgørende. Internettet er fyldt med programmer og regneark, der er designet til at hjælpe folk med at foretage korrekte impedansberegninger for specifikke layerboards.

På de fleste printkort er vias tomme, og man kan normalt se lige igennem dem. Ikke desto mindre er der forskellige omstændigheder, hvorunder vias kan fyldes. For det første er det nødvendigt at fylde vias for at danne beskyttende barrierer mod støv og andre urenheder. For det andet kan vias fyldes for at øge strømbæreevnen, i hvilket tilfælde ledende materialer kan anvendes. En anden grund til, at vias kan fyldes, er for at nivellere et printkort.

Viaer er typisk fyldt med BGA-stykker (ball grid array). Hvis der opstår kontakt mellem en BGA-ben og et indre lag, kan loddet glide gennem viaen og over på et andet lag. Derfor er viaerne fyldt for at sikre, at loddet ikke lækker til et andet lag, og at kontakternes integritet opretholdes som tilsigtet.

En af de mere problematiske hændelser på et layerboard er, når en kontakt går i stykker et sted på boardet. Jo oftere dette sker, jo hurtigere er den del af boardet tilbøjelig til at give helt op. Den gennemsnitlige bruger af hjemmeelektronik vil opleve dette problem, når en af ​​knapperne på en lommeregner holder op med at virke. Hver knap trykker ned på en bestemt del af et layerboard, og når et punkt bliver defekt, kan den knap, der korrelerer med det punkt, ikke sende sit signal.

En anden måde, hvorpå kontakter kan slides ud på bestemte steder, er når et sekundært kortstik sættes på et bundkort. Hvis kortet håndteres dårligt, kan et af punkterne på kortet blive beskadiget og ikke fungere længere. Den bedste måde at beskytte de overflader på kortet, der er i kontakt med hinanden, er ved at bruge et guldlag, der fungerer som en levetidsforlængende barriere. Guld kan dog være dyrt, og brugen af ​​det i fanerne tilføjer endnu et trin i processen med printkortfremstilling.

PCB-loddemaske

Den farve, som de fleste kender til, når det kommer til bundkort, er grøn, farven på loddemaske. Selvom den ikke er nær så almindelig, forekommer loddemaske også nogle gange i andre farver, såsom rød eller blå. Loddemaske er også kendt under akronymet LPISM, som står for liquid photo imagable soldermask. Formålet med loddemaske er at forhindre lækage af flydende loddetin. I de senere år er tilfælde af dette blevet mere almindelige på grund af mangel på loddemaske. Ifølge de fleste beretninger foretrækker brugerne dog generelt kort med loddemaske frem for kort uden.

Når loddemasken er påført printkortet, udsættes printkortet for smeltet lodning. Under denne proces loddes de eksponerede kobberoverflader. Dette er alt sammen en del af en proces kendt som varmluftlodningsudjævning (HASL). Når SMD-chips loddes, opvarmes printkortet til det punkt, hvor loddet antager en smeltet form, og komponenterne placeres på deres rette plads. Når loddet tørrer, loddes komponenterne også. HASL indeholder normalt bly som en af ​​forbindelserne i loddet, selvom der også findes blyfri muligheder.

Sporbreddens afstand er angivet med en bindestreg. For eksempel, når du ser tallet 6/6 mils, vil det angive 6 mils som den minimale sporbredde, såvel som den minimale sporafstand. Derfor skal alle afstande på det pågældende printkort enten være på eller overstige 6 mils. For dem, der ikke er bekendte, bruges mils-enheder til at bestemme afstande på printkortmaterialer. Bredde og afstand er især vigtige, når det kommer til printkort, der er designet til at håndtere store mængder strøm.

Når et printkort er flerlags, kan forskellige spor ikke undersøges visuelt for deres tilgængelighed. Derfor udføres en test, hvor der placeres sonder i enden af ​​sporene for at verificere, at alle signaler er tilgængelige. Testen udføres med påføring af spænding fra den ene ende. Hvis disse spændinger registreres fra den anden side, anses sporene for at være i funktionsdygtig stand. Selvom testen ikke altid er nødvendig på printkort med kun et eller to lag, anbefales det stadig, hvis du virkelig går op i kvalitet.

Vias, der forbinder indre og ydre lag, kaldes blinde vias. Navnet stammer fra, at sådanne vias kun kan ses fra den ene side. Vias, der forbinder to eller flere indre lag, kaldes nedgravede vias, som ikke kan ses udefra på nogen af ​​siderne. På printplader, der indeholder blinde og nedgravede vias, anvendes ofte viafyldning. Dette holder den ydre overflade mere sikker og hjælper med at mindske risikoen for, at loddet glider igennem og trænger ind i de indre vias.

Materialevalg, der påvirker omkostningerne

PCB koster typisk mere, når det indeholder funktioner som guldfaner, blinde eller nedgravede vias eller viafyldning. Ligeledes har PCB med linje-/breddeafstand under 6 mils også en tendens til at koste mere. Årsagen til disse højere priser er den alternative proces, der går ind i produktionen af ​​usædvanlige PCB-kort. På samme måde viser visse PCB-produktioner sig ikke at være nær så rentable eller succesfulde, når der anvendes lave mils eller indvendige vias, og den højere pris er sat til at inddrive tab. Der findes producenter, der producerer PCB med linje-/breddemål så lave som 3 mils, men dette anbefales generelt ikke, medmindre det er din eneste mulighed for en bestemt komponent.

Effekt og varmepåvirkning på valg af printkortmateriale

Ud af alle de faktorer, der påvirker printkort, er to af de mest intensive strøm og varme. Derfor er det afgørende at bestemme tærsklerne for hver, hvilket kan gøres ved at vurdere printkortets varmeledningsevne. Dette definerer, hvordan effekt i watt omdannes til temperatur gennem materialets længde. Der er dog ingen etablerede brancheomfattende værdier for varmeledningsevne.

For eksempel fører Rogers Corp. et PCB-materiale, RT/duroid 5880, der ofte anvendes i elektronisk udstyr og kommunikation. Materialets dielektricitetskonstanten er lav, da det er et kompositmateriale, der indeholder mikrofiberglaselementer. Disse mikrofibre tjener til at øge fiberens styrke i materialet.

På grund af denne lave dielektriske konstant er printkortet ideelt til applikationer, der bruger høje frekvenser. På grund af materialets lave varmeledningsevne kan det dog let opvarmes, hvilket kan være en stor ulempe i varmeintensive applikationer.

PCB-materialer og industrielle applikationer

Til anvendelser inden for militæret, luftfarts-, bil- og medicinalindustrien fremstilles printkort i både enkelt- og dobbeltsidede varianter, hvoraf nogle er kobberbeklædte, mens andre bruger aluminium. I hver af disse industrier anvendes materialet for maksimal ydeevne inden for specifikke områder. Derfor er printkortmaterialer valgt på grund af deres lette kvalitet i visse industrier eller på grund af deres evne til at håndtere store mængder strøm i andre. Når der tages højde for ydeevne, er det derfor afgørende at bestemme, hvilke funktioner der skal sammenlignes med hinanden, når man vælger printkortmaterialer, da materialeniveauer korrelerer med ydeevneniveauer.

Flex- og Rigid-Flex-plader

I de senere år er flex- og rigid-flex-printkort vokset i popularitet på grund af de muligheder, de giver i en række forskellige anvendelser. Grundlæggende kan de bøjes, foldes og endda vikles omkring genstande, så de kan bruges til at opnå applikationer, der aldrig ville være mulige med flade printkort. For eksempel kan et flex-printkort bruges til et stykke udstyr, der kræver, at et printkort foldes i en vinkel og stadig fører strøm fra den ene ende til den anden uden behov for forbindelsespaneler.

Størstedelen af ​​flexplader på markedet består af Kapton, en polyimidfilm, der stammer fra DuPont Corporation. Filmen kan prale af egenskaber som varmebestandighed, dimensionsmæssig ensartethed og en dielektricitetskonstant på kun 3.6.

Kapton findes i tre Pyralux-versioner:

• Flammehæmmende (FR)

• Ikke-flammehæmmende (NFR)

• Klæbefri / højtydende (AP)

Valg af printkortmaterialer – kvalitet først

Når det kommer til valg af printkortmaterialer, er kvalitet af største vigtighed i konstruktionen af ​​enhver type printkort, uanset om det er beregnet til hjemmeelektronik eller industrielt udstyr. En komponent, der indeholder et printkort, kan være stor eller lille, billig eller dyr, men det vigtigste er, at den pågældende vare tilbyder overlegen ydeevne i hele dens forventede levetid.

Selvom der findes flere typer printkortmaterialer i et givet printkort, er produktets pålidelighed i sidste ende det, forbrugere og virksomheder leder efter i produkter, der bruger printkort. Det er selvfølgelig også afgørende, at printkortmaterialerne er stærke nok til at holde sammen, selvom en komponent ved et uheld tabes eller stødes sidelæns.

På computerstyret udstyr sikrer holdbare printkort for eksempel, at hardwareopdateringer kan foretages uden at beskadige de eksisterende printkortmaterialer. Det samme gælder for elektroniske enheder, mikrobølgeovne og andre husholdningsapparater, der er afhængige af printkortteknologi for at forblive i funktionsdygtig stand. Selv på offentlige elektroniske faciliteter såsom hæveautomater skal printkort fungere upåklageligt, så knapper fungerer, og kommandoer forstås uden forsinkelse.

At Wonderful PCB, tilbyder vi et komplet udvalg af printkortforsyninger og monteringstjenester. Takket være vores mere end 20 års forretningserfaring og innovative teknologier, Wonderful PCB er i stand til at håndtere forskellige laminatmaterialer og substratmaterialer, herunder FR4, Rogers osv., som er de mest populære og bredt anvendte. Vores tjenester er blevet brugt af ingeniører på tværs af industrisektorer med unikke mål, når det kommer til drift og funktionalitet af komponenter, der bruger printkort. For at lære mere om vores tjenester, besøg vores sider med samlingsoversigt og kapaciteter eller kontakt os for et øjeblikkeligt tilbud i dag.