Zkoumání materiálů desek plošných spojů

Úvod

Svět desek plošných spojů (PCB) je složitý a neustále se vyvíjející. Vzhledem k rostoucí poptávce po deskách plošných spojů se výběr správného materiálu pro desky plošných spojů stal pro inženýry a konstruktéry klíčovým faktorem. V této rozsáhlé diskusi prozkoumáme koncept, klasifikaci a různé materiály používané při výrobě desek plošných spojů . Dále se ponoříme do specifické oblasti desek plošných spojů s vysokou teplotou skelného přechodu (Tg) a prozkoumáme jejich význam, výhody, specifikace, aplikace a důvody pro jejich přijetí.

Koncepce materiálů desek plošných spojů

Desky plošných spojů, často označované jako substráty, slouží jako základní materiál, na kterém jsou postaveny elektronické obvody. Tyto desky se obvykle skládají z měděného laminátu (CCL), který je vyroben impregnací papírového papíru nebo tkaniny ze skleněných vláken pryskyřicí a poté překrytím jedné nebo obou stran měděnou fólií. CCL představuje základní kámen elektronického průmyslu, který se používá převážně pro výrobu desek plošných spojů (PCB), které nacházejí uplatnění v široké řadě elektronických produktů, včetně televizorů, rádií, počítačů, mobilních zařízení a komunikačních zařízení.

Klasifikace materiálů desek plošných spojů

Materiály desek plošných spojů jsou klasifikovány na základě různých faktorů, jako je Tg (teplota přechodu skla), úroveň kvality a vyztužovací materiály.

Tg (teplota skelného přechodu): Tg je klíčový parametr při výběru materiálů pro desky plošných spojů. Znamená teplotu, při které polymer přechází ze skelného, ​​tuhého stavu do elastičtějšího. Inženýři často upřednostňují hodnoty Tg, zejména v kontextu laminátů na bázi skelných vláken s měděným plátováním, jako je FR-4. Příklady hodnot Tg zahrnují tg140 ​​°C, tg160 °C a tg180 °C. Materiály s vyšší teplotou Tg jsou upřednostňovány pro vysoce spolehlivé konstrukce díky své zvýšené tepelné odolnosti, což činí Tg symbolem tepelné odolnosti desky plošných spojů během svařování vývodů.

Klasifikace stupňů jakosti: Materiály desek plošných spojů se dělí na různé stupně jakosti, od nižší po vyšší:

• FR-4a1: Používá se především ve vojenství, komunikacích, počítačích, digitálních obvodech, průmyslových přístrojích a automobilové elektronice.
• FR-4a2: Vhodné pro každodenní počítače, přístroje, pokročilé domácí spotřebiče a obecné elektronické produkty.
• FR-4a3: Speciálně vyvinutý pro průmysl domácích spotřebičů, počítačových periferií a běžných elektronických zařízení. Nabízí konkurenceschopné ceny při splnění požadavků na výkon.
• Třída FR-4ab: Představuje jedinečnou možnost nižší třídy s metrikami výkonu, které stále vyhovují běžným domácím spotřebičům, počítačům a obecným elektronickým produktům. Nabízí vysoce konkurenceschopné ceny a vynikající poměr výkonu a ceny.
• Třída FR-4b: Vyznačuje se nižší kvalitou a nízkou stabilitou kvality. Nedoporučuje se pro velkoplošné obvodové desky a obvykle se používá pro menší produkty (např. 100 mm x 200 mm). Nabízí nejnižší cenu, ale vyžaduje pečlivé zvážení.
• Řada CEM-3: K dispozici v bílé, černé a přírodních barvách, používá se hlavně v počítačích, LED průmyslu, hodinách, domácích spotřebičích a běžných elektronických produktech, jako jsou VCD, DVD, hračky a herní automaty. Známý pro vynikající děrovací výkon, vhodný pro velkoobjemové produkty PCB vyžadující lisovací procesy. Nabízí tři úrovně kvality: A1, A2 a A3.

Výztužné materiály: Materiály desek plošných spojů se také klasifikují na základě materiálů použitých k výztuži:

• Fenolický papírový substrát PCB: Skládá se z papíru z buničiny impregnovaného fenolovou pryskyřicí. Odrůdy zahrnují možnosti XPC, FR-1, FR-2, Fe-3 a nehořlavý 94V0.
• Kompozitní PCB substrát: Vyrobeno z vláknitého papíru z dřevité buničiny nebo papíru z vláken z bavlněné buničiny jako vyztužovacího materiálu, s tkaninou ze skelných vláken jako povrchovou výztuží. Obvykle používá epoxidovou pryskyřici zpomalující hoření. Obsahuje jednostranné poloskleněné vlákno 22F, CEM-1 a oboustranné poloskleněné vlákno CEM-3.
• Substrát PCB ze skleněných vláken: Používá epoxidovou pryskyřici jako lepidlo a tkaninu ze skleněných vláken jako výztužný materiál. Známý pro vysoké pracovní teploty a minimální dopad na životní prostředí. Běžně se používá v oboustranných deskách plošných spojů, počítačích, periferních zařízeních a komunikačních zařízeních.

PCB s vysokým Tg – význam a výhody

Definice vysokoteplotních desek plošných spojů (PCB): Vysoce teplotně skelné desky (PCB) jsou desky s vyšší teplotou skelného přechodu, což je bod, ve kterém základní materiál (polymer nebo sklo) přechází z tuhého, skelného stavu do pružnějšího, gumovitého stavu. Tento přechod je zásadní, protože určuje tepelnou odolnost materiálu a zajišťuje, že zůstane tuhý i při zvýšených teplotách. Vysoce teplotně skelné desky (PCB) jsou obzvláště důležité v prostředích, kde běžné PCB mohou změknout, deformovat se nebo dojít k významnému poklesu mechanických a elektrických vlastností.

Výhody desek plošných spojů s vysokou teplotou Tg: Desky plošných spojů s vysokou teplotou Tg nabízejí několik výhod:

• Vyšší stabilita: Materiály s vysokým Tg automaticky zvyšují tepelnou odolnost, chemickou odolnost, odolnost proti vlhkosti a celkovou stabilitu zařízení, což přispívá ke zvýšení spolehlivosti.
• Vhodné pro návrhy s vysokou hustotou výkonu: Desky plošných spojů s vysokým Tg vynikají při řízení tepla generovaného zařízeními s vysokou hustotou výkonu, díky čemuž jsou ideální pro aplikace s významným vývinem tepla.
• Ideální pro vícevrstvé a HDI PCB: Vícevrstvé a propojené desky s vysokou hustotou (HDI) PCB často vyžadují materiály s vysokou Tg kvůli jejich kompaktnosti a hustým obvodům, které zajišťují spolehlivost během výroby.

Specifikace desek plošných spojů s vysokou teplotou skelného přechodu (Tg): Kritickou specifikací pro desky plošných spojů s vysokou teplotou skelného přechodu (Tg) je teplota skelného přechodu (Tg). Standardní desky plošných spojů obvykle nabízejí hodnotu Tg 140 °C, což je vhodné pro provozní teploty až 110 °C. Pro extrémně teplotní aplikace běžné v automobilovém průmyslu, průmyslu nebo elektronice pro vysoké teploty jsou však preferovanou volbou desky plošných spojů s vysokou teplotou skelného přechodu, často vyrobené z materiálu FR-4.

Aplikace vysokoteplotních desek plošných spojů (PCB): Vysoce teplotně odolné desky plošných spojů (PCB) nacházejí uplatnění v různých oblastech, včetně:

• CAF – vodivé anodové vlákno: Používá se k zabránění nežádoucích vodivých vláken v substrátu desky plošných spojů.
• Vícevrstvé desky: Zejména pro návrhy s mnoha vrstvami.
• Průmyslová elektronika: Vhodné pro průmyslová elektronická zařízení.
• Automobilová elektronika: Odolné v prostředí s vysokou teplotou.
• Jemné čárové struktury: Ideální pro složité a kompaktní konstrukce.
• Vysokoteplotní elektronika: Nezbytné pro elektroniku pracující v podmínkách zvýšené teploty.

Proč zvolit PCB s vysokým Tg?

Volba desek plošných spojů s vysokou teplotou topení (High Tg) je dána rozvíjejícím se elektronickým průmyslem, zejména v oblasti vysoce výkonných výpočtů a požadavků na vícevrstvé konstrukce. Vývoj technologií povrchové montáže (SMT) a čipových desek (CMT) s vysokou hustotou osazování desek plošných spojů navíc vyžaduje materiály se zvýšenou tepelnou odolností. Materiály s vysokou teplotou topení (High Tg) výrazně zlepšují tepelnou odolnost, odolnost proti vlhkosti, chemickou odolnost a celkovou stabilitu, což je činí nepostradatelnými v procesech výroby desek plošných spojů bez použití olova.

Kdy se rozhodnout pro PCB s vysokým Tg

PCB s vysokým Tg překonávají své standardní protějšky, zejména v horkých a vlhkých podmínkách, vynikají mechanickou pevností, rozměrovou stálostí, přilnavostí, absorpcí vody a tepelným rozkladem. Výrobci často volí materiály s vysokou Tg pro vysokovrstvé PCB (zejména ≥10 vrstev) nebo vícevrstvé těžké měděné PCB (≥3oz), aby zajistili zvýšenou spolehlivost a kvalitu. Mezi běžně používané materiály s vysokou Tg patří ITEQ IT180, Shengyi S1000-2 a EMC EM827. Zatímco materiály s hodnotami Tg přesahujícími 190 °C nebo 210 °C jsou vzácné, existují, s možnostmi jako Isola FR408HR, primárně používaným ve vysokofrekvenčních aplikacích, i když za vyšší cenu než standardní materiály.

Celkově je pochopení materiálů desek plošných spojů, jejich klasifikace a významu desek plošných spojů s vysokou teplotou topení (High Tg) klíčové pro inženýry a konstruktéry. Výběr materiálů desek plošných spojů hraje klíčovou roli v zajištění spolehlivosti, výkonu a funkčnosti elektronických výrobků v různých odvětvích. Vzhledem k rychlému vývoji technologií je pro udržení kroku s pokrokem v materiálech nezbytné držet krok s vývojem v oblasti návrhu a výroby desek plošných spojů.

Když se projekt přesune z výzkumu do RFQ (výzvy k nabídce), zkontrolujte kontrolu a kontrolu kvality desek plošných spojů a podporu výroby elektroniky , aby požadavky na materiály, procesy a kontrolu zůstaly v souladu.