Изучение материалов печатных плат

Введение

Мир печатных плат (ПП) — сложный и постоянно развивающийся мир. Поскольку спрос на ПП постоянно растёт, выбор правильного материала для печатной платы стал критически важным вопросом для инженеров и разработчиков. В этом подробном обсуждении мы рассмотрим концепцию, классификацию и различные материалы, используемые в производстве ПП . Кроме того, мы углубимся в конкретную область ПП с высокой температурой стеклования (Tg), рассмотрев их значение, преимущества, характеристики, области применения и причины их использования.

Концепция материалов печатных плат

Печатные платы, часто называемые подложками, служат основным материалом, на котором строятся электронные схемы. Эти плиты обычно состоят из ламината с медным покрытием (CCL), который изготавливается путем пропитки древесно-целлюлозной бумаги или ткани из стекловолокна смолой с последующим покрытием одной или обеих сторон медной фольгой. CCL является краеугольным камнем электронной промышленности, преимущественно используемой для производства печатных плат (PCB), которые находят применение в широком спектре электронных продуктов, включая телевизоры, радиоприемники, компьютеры, мобильные устройства и коммуникационное оборудование.

Классификация материалов печатных плат

Материалы печатных плат классифицируются на основе различных факторов, таких как Tg (температура стеклования), уровень марки и армирующие материалы.

Tg (температура стеклования): Tg — важнейший параметр при выборе материалов для печатных плат. Он обозначает температуру, при которой полимер переходит из стеклообразного, жесткого состояния в более эластичное. Инженеры часто отдают приоритет значениям Tg, особенно в контексте медных ламинатов на основе стекловолоконной ткани, таких как FR-4. Примеры значений Tg включают tg140°C, tg160°C и tg180°C. Материалы с более высокими значениями Tg предпочтительны для высоконадежных конструкций благодаря их повышенной термостойкости, что делает Tg показателем термостойкости платы при сварке выводов.

Классификация по классам: Материалы для печатных плат подразделяются на различные классы, от более низкого до более высокого:

• FR-4a1: в основном используется в военной технике, средствах связи, компьютерах, цифровых схемах, промышленных приборах и автомобильной электронике.
• FR-4a2: Подходит для повседневных компьютеров, инструментов, современной бытовой техники и электронных изделий общего назначения.
• FR-4a3: Специально разработан для производства бытовой техники, компьютерной периферии и обычных электронных устройств. Предлагает конкурентоспособные цены при соблюдении требований к производительности.
• Класс FR-4ab: представляет собой уникальный вариант более низкого класса с показателями производительности, которые по-прежнему подходят для обычной бытовой техники, компьютеров и электронных продуктов общего назначения. Предлагает очень конкурентоспособные цены и отличное соотношение цены и качества.
• Марка FR-4b: характеризуется более низким качеством и плохой стабильностью качества. Не рекомендуется для печатных плат большой площади и обычно используется для изделий меньшего размера (например, 100x200 мм). Предлагает самую низкую цену, но требует внимательного рассмотрения.
• Серия CEM-3: доступна в белом, черном и естественном цветах, в основном используется в компьютерах, светодиодной промышленности, часах, бытовой технике и обычных электронных продуктах, таких как VCD, DVD, игрушки и игровые автоматы. Известен превосходными характеристиками штамповки, подходит для печатных плат большого объема, требующих процессов штамповки. Предлагает три уровня качества: A1, A2 и A3.

Армирующие материалы: Материалы для печатных плат также классифицируются в зависимости от материалов, используемых для армирования:

• Фенольная бумажная подложка для печатных плат: Состоит из бумаги из древесноволокнистого волокна, пропитанной фенольной смолой. Разновидности включают XPC, FR-1, FR-2, Fe-3 и огнестойкие варианты 94V0.
• Композитная подложка печатной платы: изготовлена ​​из бумаги из древесноволокнистого волокна или бумаги из хлопчатобумажной целлюлозы в качестве армирующего материала, с тканью из стекловолокна в качестве поверхностного армирования. Обычно используется огнестойкая эпоксидная смола. Включает одностороннее полустекловолокно 22Ф, СЕМ-1 и двухстороннее полустекловолокно СЕМ-3.
• Подложка печатной платы из стекловолокна: в качестве клея используется эпоксидная смола, а в качестве армирующего материала — ткань из стекловолокна. Известен высокими рабочими температурами и минимальным воздействием на окружающую среду. Обычно используется в двусторонних печатных платах, компьютерах, периферийных устройствах и коммуникационном оборудовании.

ПХБ с высоким Tg – значение и преимущества

Определение печатной платы с высокой температурой стеклования (High Tg PCB): Печатные платы с высокой температурой стеклования — это платы, имеющие более высокую температуру стеклования, то есть точку, в которой основной материал (полимер или стекло) переходит из жесткого, стеклообразного состояния в более гибкое, эластичное состояние. Этот переход имеет решающее значение, поскольку определяет термостойкость материала, обеспечивая его жесткость при повышенных температурах. Печатные платы с высокой температурой стеклования особенно важны в условиях, где обычные печатные платы могут размягчаться, деформироваться или испытывать значительное снижение механических и электрических свойств.

Преимущества печатных плат с высокой температурой стеклования (High Tg): Печатные платы с высокой температурой стеклования обладают рядом преимуществ:

• Более высокая стабильность: Материалы с высоким Tg автоматически повышают термостойкость, химическую стойкость, влагостойкость и общую стабильность устройств, способствуя повышению надежности.
• Подходит для конструкций с высокой плотностью мощности: Печатные платы с высокой температурой Tg превосходно справляются с выделением тепла устройствами с высокой плотностью мощности, что делает их идеальными для приложений со значительным выделением тепла.
• Идеально подходит для многослойных печатных плат и печатных плат HDI: Для многослойных печатных плат и печатных плат с высокой плотностью межсоединений (HDI) часто требуются материалы с высоким Tg из-за их компактности и плотной схемы, обеспечивающей надежность во время изготовления.

Технические характеристики печатных плат с высокой температурой стеклования (Tg): Ключевым параметром для печатных плат с высокой температурой стеклования является температура стеклования (Tg). Стандартные печатные платы обычно имеют значение Tg 140°C, что подходит для рабочих температур до 110°C. Однако для экстремальных температур, характерных для автомобильной, промышленной или высокотемпературной электроники, предпочтительным выбором являются печатные платы с высокой температурой стеклования, часто изготавливаемые из материала FR-4.

Применение печатных плат с высокой температурой стеклования (High Tg): Печатные платы с высокой температурой стеклования находят применение в различных областях, в том числе:

• CAF – Проводящая анодная нить: Используется для предотвращения появления нежелательных проводящих нитей в подложке печатной платы.
• Многослойные платы: Особенно для дизайнов с многочисленными слоями.
• Промышленная электроника: Подходит для электронного оборудования промышленного класса.
• Автомобильная электроника: Устойчив к воздействию высоких температур.
• Структуры трассировки тонких линий: Идеально подходит для сложных и компактных конструкций.
• Высокотемпературная электроника: Необходим для электроники, работающей в условиях повышенных температур.

Почему стоит выбрать печатную плату с высокой температурой Tg?

Выбор печатных плат с высокой температурой стеклования (High Tg) обусловлен развитием электронной промышленности, особенно в области высокопроизводительных вычислений и требований к многослойным структурам. Кроме того, развитие технологий поверхностного монтажа (SMT) и монтажа микросхем на плате (CMT) с высокой плотностью сборки печатных плат требует материалов с повышенной термостойкостью. Материалы с высокой температурой стеклования значительно улучшают термостойкость, влагостойкость, химическую стойкость и общую стабильность, что делает их незаменимыми в процессах производства бессвинцовых печатных плат.

Когда следует выбирать печатные платы с высоким Tg

Печатные платы с высоким Tg превосходят свои стандартные аналоги, особенно в жарких и влажных условиях, превосходя их по механической прочности, стабильности размеров, адгезии, водопоглощению и термическому разложению. Производители часто выбирают материалы с высокой температурой Tg для многослойных печатных плат (особенно ≥10 слоев) или многослойных печатных плат из тяжелой меди (≥3 унций), чтобы обеспечить повышенную надежность и качество. Обычно используемые материалы с высокой Tg включают ITEQ IT180, Shengyi S1000-2 и EMC EM827. Хотя материалы со значениями Tg, превышающими 190°C или 210°C, встречаются редко, они существуют, например, такие варианты, как Isola FR408HR, которые в основном используются в высокочастотных приложениях, хотя и стоят дороже, чем стандартные материалы.

В целом, понимание материалов печатных плат, их классификации и значения печатных плат с высокой температурой стеклования (High Tg) имеет решающее значение для инженеров и разработчиков. Выбор материалов для печатных плат играет ключевую роль в обеспечении надежности, производительности и функциональности электронных изделий в различных отраслях промышленности. В условиях быстрого развития технологий, отслеживание достижений в области материалов необходимо для того, чтобы оставаться на переднем крае проектирования и производства печатных плат.

Когда проект переходит от стадии исследования к этапу запроса предложений (RFQ), необходимо пересмотреть контроль качества печатных плат и обеспечение поддержки производства электроники , чтобы требования к материалам, процессам и контролю качества оставались согласованными.