Waar zijn printplaten van gemaakt? Een handleiding voor PCB-makers voor plaatmaterialen

Vraag de meeste ingenieurs waar een printplaat van gemaakt is en je krijgt één woord terug: glasvezel. Dat antwoord is juist, maar het beslaat slechts de eerste laag van een langer verhaal. Een printplaat is een zorgvuldig samengestelde stapel materialen, die allemaal hun plaats moeten verdienen. Het substraat geeft de plaat zijn body en zijn elektrische isolatie, het koper transporteert de stroom, het soldeermasker beschermt het oppervlak en de uiteindelijke afwerking zorgt ervoor dat het koper jarenlang soldeerbaar blijft.

We vervaardigen sinds 2013 platen in onze fabriek in Guangde, van eenvoudige enkelzijdige panelen tot stapels van 32 lagen, dus we hebben de neiging deze vraag te beantwoorden zoals een fabrikant dat doet. De echte vraag is niet waar een PCB in het algemeen van gemaakt is, maar welke combinatie van materialen de verwachte levensduur van uw product zal overleven.

De kerningrediënten van een printplaat

Haal het jargon weg en bijna elk bord is opgebouwd uit dezelfde korte lijst met materialen:

• Substraat: de isolerende basis, meestal geweven glasvezel gebonden met epoxyhars.
• Koperfolie: gelamineerd op het substraat en geëtst in sporen, pads en vlakken.
• Beplating: koper, en soms tin of goud, afgezet in geboorde gaten om de lagen met elkaar te verbinden.
• Soldeermasker: de gekleurde coating die alles bedekt behalve de pads die je moet solderen.
• Zeefdruk: de gedrukte legenda die componenten en referentie-aanduidingen identificeert.
• Oppervlakteafwerking: een dunne metalen of organische laag die voorkomt dat blootliggend koper oxideert.

Elk van deze materialen kan worden vervangen, geüpgraded of verdikt, en elke vervanging verandert tegelijkertijd de kosten, de maakbaarheid en de veldbetrouwbaarheid.

Het substraat: glasdoek, hars en de alternatieven

Standaard FR-4 begint met geweven glasdoek. Het doek wordt geïmpregneerd met epoxyhars en gedeeltelijk uitgehard tot een vel genaamd prepreg, vervolgens gestapeld en onder hitte en druk geperst totdat de hars vloeit en uithardt. Het resultaat is stijf, maatvast en een uitstekende isolator: het glas zorgt voor mechanische sterkte, terwijl de hars het elektrische en thermische gedrag bepaalt.

Vanaf dat uitgangspunt vertakt de familie zich snel:

• FR-4 in standaard-, hoge-Tg- en halogeenvrije kwaliteiten, het werkpaard van de industrie.
• CEM-1 en CEM-3, composietepoxy's met een non-woven glaskern voor kostengevoelige producten.
• FR-1 en FR-2, op papier gebaseerde laminaten die worden gebruikt in zeer goedkope enkelzijdige platen.
• Polyimidefilm, de flexibele basis voor FPC en rigid-flex ontwerpen die moeten buigen.
• PTFE en met keramiek gevulde koolwaterstoflaminaten, gekozen wanneer het signaalverlies laag moet blijven bij gigahertz-frequenties.

De meeste belangrijke compromissen vinden plaats in het harssysteem en niet in het koper. Glasovergangstemperatuur, ontledingstemperatuur, diëlektrische constante en vochtopname komen allemaal voort uit de laminaatchemie.

Dubbelzijdige OSP-printplaat FR4-PCB's maken gebruik van een glasvezelsubstraat van epoxyhars en bieden uitstekende mechanische sterkte, weerstand tegen hoge temperaturen en elektrische isolatie-eigenschappen. Ze een... Bekijk Product →

Een dubbelzijdig FR-4-bord met een OSP-afwerking is het alledaagse voorbeeld: standaardlaminaat, standaarddikte en een afwerking die geschikt is voor reflow-solderen met grote volumes zonder extra kosten.

Koper: het deel dat de stroom voert

Koper is het tweede essentiële ingrediënt. Folie wordt gespecificeerd op basis van gewicht, en de conversie is de moeite waard om te onthouden: een ounce koper verspreid over een vierkante voet is ongeveer 35 micron dik. Digitale ontwerpen met een fijne toonhoogte draaien meestal op folie van een half ounce of een ounce, powerboards gaan naar twee ounces, en zwaar koperwerk gaat naar drie ounces en meer.

Koper komt op meer plaatsen voor dan de zichtbare sporen. Tijdens de fabricage wordt in elk geboord gat extra koper gegalvaniseerd om een ​​doorlopende wand van het vat te vormen, en de buitenste lagen worden vóór het etsen van een patroon voorzien. De kwaliteit van die beplating, en niet alleen de dikte, bepaalt of een via herhaalde thermische cycli overleeft.

Als de huidige vraag stijgt, is het antwoord vaak meer koper dan meer karton. Zware koperen constructies verdelen de belasting over de binnenste lagen, waardoor de temperatuurstijging onder controle blijft zonder een extern koellichaam.

14-laags koper Dikke koperen PCB's maken gebruik van ultradikke koperfolie variërend van 3oz tot 20oz, met een uitzonderlijk stroomvoerend vermogen (meer dan 100A) en weerstand tegen hoge temperaturen. Bekijk Product →

Wanneer glasvezel de verkeerde keuze is

FR-4 beantwoordt de meeste vragen, maar drie materiële families nemen het over als dat niet mogelijk is.

Platen met metalen kern en koperen kern

Aluminium wordt gebruikt als basis wanneer de warmte het board snel moet verlaten. Een dunne diëlektrische laag is aan het aluminium gehecht, de koperen circuits zijn erop geëtst en de metalen achterkant fungeert als warmteverspreider. Versies met koperen kern gaan nog verder en hebben een zeer hoge stroomdichtheid in LED-verlichting, motoraandrijvingen en stroomconversie. Hoe dun hij ook is, die diëlektrische laag moet nog steeds de volledige werkspanning tegenhouden, dus de dikte en thermische geleidbaarheid zijn de twee getallen die de moeite waard zijn om eerst te controleren.

Enkelzijdige aluminium printplaat Metalen substraten gebruiken aluminium, koper en andere metalen als hun thermisch geleidende kernlaag. Een gespecialiseerd isolerend diëlektricum zorgt voor een superieure warmteafvoer... Bekijk Product →

Keramische substraten

Aluminiumoxide en aluminiumnitride zorgen voor een thermische geleidbaarheid die geen enkel polymeerlaminaat kan evenaren, samen met een thermische uitzettingscoëfficiënt die dicht bij die van silicium ligt. Ze verschijnen in krachtige LED-modules, RF-vermogenstrappen en sensoren die bij grote temperatuurschommelingen moeten blijven werken.

Flexibele films

Polyimide vervangt glasdoek wanneer het bord moet buigen. Dezelfde koper- en afwerkingsregels zijn van toepassing, alleen de basis verandert en daarmee de hanteringsregels tijdens de montage.

Soldeermasker, zeefdruk en oppervlakteafwerkingen

Soldeermasker is een coating op epoxybasis die over de plaat wordt aangebracht en vervolgens wordt uitgehard. Het voorkomt dat soldeer een brug vormt tussen de pads, beschermt het koper eronder tegen vocht en vervuiling en geeft het bord zijn vertrouwde kleur. Groen is traditioneel omdat het de langste staat van dienst heeft op het gebied van beeldvorming en inspectie, maar zwart, blauw, rood en matzwart zijn tegenwoordig routine. Zeefdrukinkt wordt bovenop het masker gedrukt om de componentreferenties en polariteit te markeren, en hoewel er geen stroom op staat, is dit het eerste waar een assemblage-operator op vertrouwt.

De oppervlakteafwerking is de laatste materiële beslissing en een van de meest consequente. Het nivelleren van soldeer met hete lucht is de goedkope optie, OSP is organisch en vervaagt na een paar keer opnieuw vloeien, en ENIG of immersiezilver biedt een vlak oppervlak voor onderdelen met een fijne steek. Waar een bord herhaaldelijk wordt ingebracht en verwijderd, is hard goud het antwoord. Al onze afwerkingen zijn verkrijgbaar in loodvrije versies.

Printplaatmaterialen in één oogopslag

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de materiaalsystemen die we het vaakst bouwen en waaruit elk systeem is gemaakt.

Hoe de toepassing het materiaal kiest

Materiaalkeuze is zelden een vrije keuze. Het volgt de omgeving waarin het bestuur zal leven.

Consumenten- en apparaatproducten

Waar de kosten domineren, is standaard FR-4 of CEM-3 met een HASL- of OSP-afwerking meestal voldoende.

Automobiel- en industriële controle

Trillingen, thermische cycli en een lange levensduur duwen ontwerpen in de richting van laminaten met een hoge Tg, dikker koper en afwerkingen zoals ENIG die herhaalde reflow overleven.

Vermogens- en hoogfrequente ontwerpen

Thermisch beheer en signaalintegriteit hebben voorrang, wat betekent dat er materialen met een metalen kern, keramiek of PTFE zijn gebruikt in plaats van een dikkere glazen plaat.

Als u niet zeker weet waar uw product zich bevindt, helpt het om te zien hoe vergelijkbare borden al worden gebouwd. Je kunt bladeren de toepassingsgebieden die wij ondersteunen om de materiaalcombinaties te zien die zich in elk segment al hebben bewezen.

Praktische opmerkingen van de werkvloer

Een paar dingen die we klanten vertellen die voor het eerst materialen kiezen:

1. Kies de afwerking voordat de lay-out bevroren is, omdat de geometrie van de pad en de tenting ervan afhankelijk zijn.
2. Zorg ervoor dat het gewicht van het koper overeenkomt met de stroomsterkte en niet met de gewoonte, omdat te groot koper de etsmoeilijkheden en de kosten verhoogt.
3. Vraag vroeg naar Tg, want een laminaat met een hoge Tg kost iets meer en elimineert een hele reeks veldfouten.
4. Bevestig de stapeltekening vóór de release, omdat de meeste vertragingen beginnen als een ontbrekende of dubbelzinnige laag.

Als je dieper wilt kijken naar de interactie tussen laminaatkeuze, kopergewicht en afwerking, lees dan onze gids het selecteren van FR-4-, RF- en metalen kernmaterialen doorloopt de vergelijkingen in meer detail.

Waar zijn printplaten van gemaakt? Glasdoek en epoxyhars, koperfolie en vergulde vaten, een soldeermasker, een gedrukte legende en een eindafwerking die het allemaal soldeerbaar houdt. Het interessante deel is niet de lijst zelf, maar de manier waarop die materialen op de taak worden afgestemd. Als die match goed is, doet het bestuur stilletjes zijn werk voor een periode van tien jaar of langer.