Devre Kartları Nelerden Yapılmıştır? PCB Üreticisinin Kart Malzemelerine İlişkin Kılavuzu

Çoğu mühendise devre kartının neyden yapıldığını sorarsanız tek bir kelimeyle yanıt alırsınız: fiberglas. Bu cevap doğrudur ancak uzun bir hikayenin yalnızca ilk katmanını kapsar. Baskılı devre kartı özenle tasarlanmış bir malzeme yığınıdır ve her birinin yerini alması gerekir. Alt tabaka panele gövdesini ve elektrik yalıtımını verir, bakır akımı taşır, lehim maskesi yüzeyi korur ve son kaplama bakırın yıllarca lehimlenebilir kalmasını sağlar.

2013'ten beri Guangde tesisimizde basit tek taraflı panellerden 32 katmanlı yığınlara kadar levhalar üretiyoruz, dolayısıyla bu soruyu bir imalatçının yaptığı gibi yanıtlama eğilimindeyiz. Asıl soru PCB'nin genel olarak neyden yapıldığı değil, hangi malzeme kombinasyonunun ürününüzün ortamında beklenen ömrü boyunca hayatta kalacağıdır.

Devre Kartının Temel Bileşenleri

Jargonu bir kenara bırakın; hemen hemen her pano aynı kısa malzeme listesinden yapılmıştır:

• Substrat: Yalıtım tabanı, genellikle epoksi reçineyle bağlanmış dokuma cam elyafıdır.
• Bakır folyo: alt tabakaya lamine edilir ve izlere, pedlere ve düzlemlere kazınır.
• Kaplama: katmanları birbirine bağlamak için açılan deliklerin içine yerleştirilen bakır ve bazen kalay veya altın.
• Lehim maskesi: Lehimlemeniz gereken pedler dışındaki her şeyi kaplayan renkli kaplama.
• Serigrafi: Bileşenleri ve referans göstergelerini tanımlayan basılı açıklama.
• Yüzey kaplaması: Açıkta kalan bakırın oksitlenmesini önleyen ince metalik veya organik katman.

Bu malzemelerin her biri değiştirilebilir, yükseltilebilir veya kalınlaştırılabilir ve her ikame aynı zamanda maliyeti, üretilebilirliği ve saha güvenilirliğini de değiştirir.

Substrat: Cam Bezi, Reçine ve Alternatifler

Standart FR-4 dokuma cam kumaşla başlar. Kumaş, epoksi reçine ile emprenye edilir ve önceden emprenye adı verilen bir tabaka halinde kısmen sertleştirilir, daha sonra istiflenir ve reçine akıp sertleşene kadar ısı ve basınç altında preslenir. Sonuç sağlam, boyutsal olarak kararlı ve mükemmel bir yalıtkandır: cam mekanik dayanıklılık sağlarken reçine elektriksel ve termal davranışı tanımlar.

Bu başlangıç noktasından itibaren aile hızla dallara ayrılır:

• Standart, yüksek Tg'li ve halojensiz kalitelerdeki FR-4, endüstrinin en güçlüsü.
• CEM-1 ve CEM-3, maliyete duyarlı ürünler için dokunmamış cam çekirdekli kompozit epoksiler.
• FR-1 ve FR-2, çok düşük maliyetli tek taraflı levhalarda kullanılan kağıt bazlı laminatlardır.
• Poliimid film, FPC için esnek taban ve bükülmesi gereken sert-esnek tasarımlar.
• Gigahertz frekanslarında sinyal kaybının düşük kalması gerektiğinde seçilen PTFE ve seramik dolgulu hidrokarbon laminatlar.

Önemli takasların çoğu bakırdan ziyade reçine sisteminde yaşanıyor. Cam geçiş sıcaklığı, ayrışma sıcaklığı, dielektrik sabiti ve nem emiliminin tümü laminat kimyasından gelir.

Çift Taraflı OSP PCB FR4 PCB'ler, mükemmel mekanik mukavemet, yüksek sıcaklık direnci ve elektriksel yalıtım özellikleri sunan bir epoksi reçine fiberglas alt tabaka kullanır. Onlar... Ürünü Görüntüle →

OSP kaplamalı çift taraflı FR-4 kartı günlük bir örnektir: standart laminat, standart kalınlık ve maliyet eklemeden yüksek hacimli yeniden akışlı lehimlemeye uygun bir kaplama.

Bakır: Akımı Taşıyan Kısım

Bakır ikinci temel bileşendir. Folyo ağırlığa göre belirtilir ve dönüşüm ezberlenmeye değerdir: Bir metrekareye yayılan bir ons bakır yaklaşık 35 mikron kalınlığındadır. İnce aralıklı dijital tasarımlar genellikle yarım ons veya bir onsluk folyo üzerinde çalışır, güç panoları iki ons'a kadar yükselir ve ağır bakır işleri üç ons ve ötesine geçer.

Bakır görünür izlerden daha fazla yerde görülür. İmalat sırasında, sürekli bir namlu duvarı oluşturmak için açılan her deliğe ilave bakır elektrolizle kaplanır ve dış katmanlar dağlamadan önce desenle kaplanır. Kaplamanın yalnızca kalınlığı değil kalitesi de bir geçişin tekrarlanan termal döngülerden sağ çıkıp çıkamayacağını belirler.

Mevcut talepler arttığında cevap genellikle daha fazla kart alanı yerine daha fazla bakırdır. Ağır bakır yapılar, yükü iç katmanlara dağıtarak harici bir soğutucu olmadan sıcaklık artışını kontrol altında tutar.

14 Katmanlı Bakır Kalın Bakır PCB'ler, 3 oz ila 20 oz arasında değişen ultra kalın bakır folyo kullanır ve olağanüstü akım taşıma kapasitesine (100A'nın üzerinde) ve yüksek sıcaklık direncine sahiptir. Ürünü Görüntüle →

Fiberglas Yanlış Seçim Olduğunda

FR-4 çoğu soruyu yanıtlıyor ancak yanıtlayamadığı zaman üç maddi aile devreye giriyor.

Metal çekirdekli ve bakır çekirdekli kartlar

Isının tahtadan hızlı bir şekilde çıkması gerektiğinde taban olarak alüminyum kullanılır. Alüminyuma ince bir dielektrik katman bağlanır, bakır devreler üstüne kazınır ve metal destek ısı yayıcı görevi görür. Bakır çekirdekli versiyonlar daha da ileri giderek LED aydınlatmada, motor sürücülerinde ve güç dönüşümünde çok yüksek akım yoğunlukları taşıyor. Ne kadar ince olursa olsun, bu dielektrik katmanın yine de tam çalışma voltajını karşılaması gerekiyor, bu nedenle kalınlığı ve termal iletkenliği ilk önce kontrol edilmeye değer iki rakamdır.

Tek Taraflı Alüminyum PCB Metal alt tabakalar, termal olarak iletken çekirdek katmanları olarak alüminyum, bakır ve diğer metalleri kullanır. Özel bir yalıtım dielektrik, üstün ısı dağılımı sağlar... Ürünü Görüntüle →

Seramik yüzeyler

Alümina ve alüminyum nitrür, silikona yakın bir termal genleşme katsayısının yanı sıra hiçbir polimer laminatın karşılayamayacağı bir termal iletkenlik sağlar. Yüksek güçlü LED modüllerinde, RF güç aşamalarında ve geniş sıcaklık dalgalanmalarında çalışmaya devam etmesi gereken sensörlerde görünürler.

Esnek filmler

Levhanın bükülmesi gerektiğinde cam kumaşın yerini poliimid alır. Aynı bakır ve kaplama kuralları geçerlidir, yalnızca taban değişir ve bununla birlikte montaj sırasındaki kullanım kuralları da değişir.

Lehim Maskesi, Serigrafi ve Yüzey Kaplamaları

Lehim maskesi, levha üzerine uygulanan ve daha sonra kürlenen epoksi bazlı bir kaplamadır. Lehimin pedler arasında köprü kurmasını önler, altındaki bakırı nemden ve kirlenmeden korur ve panele tanıdık rengini verir. Yeşil gelenekseldir çünkü görüntüleme ve incelemede en uzun geçmişe sahiptir ancak siyah, mavi, kırmızı ve mat siyah günümüzde rutindir. Bileşen referanslarını ve polariteyi işaretlemek için maskenin üzerine serigrafi mürekkebi basılmıştır ve herhangi bir akım taşımamasına rağmen montaj operatörünün güvendiği ilk şeydir.

Yüzey kalitesi son önemli karardır ve en önemli kararlardan biridir. Sıcak hava lehim tesviyesi düşük maliyetli bir seçenektir, OSP organiktir ve birkaç yeniden akıştan sonra kaybolur ve ENIG veya daldırma gümüşü ince aralıklı parçalar için düz bir yüzey sağlar. Bir tahtanın tekrar tekrar takılıp çıkarıldığı durumlarda cevap sert altındır. Tüm kaplamalarımız kurşunsuz versiyonlarda mevcuttur.

Bir Bakışta Devre Kartı Malzemeleri

Aşağıdaki tablo en sık oluşturduğumuz malzeme sistemlerini ve her birinin neyden yapıldığını özetlemektedir.

Uygulama Malzemeyi Nasıl Seçer?

Malzeme seçimi nadiren özgür bir seçimdir. Yönetim kurulunun yaşayacağı ortamı takip eder.

Tüketici ve cihaz ürünleri

Maliyetin hakim olduğu durumlarda, HASL veya OSP kaplamalı standart FR-4 veya CEM-3 genellikle yeterlidir.

Otomotiv ve endüstriyel kontrol

Titreşim, termal döngü ve uzun hizmet ömrü, tasarımları yüksek Tg'li laminatlara, daha kalın bakıra ve ENIG gibi tekrarlanan yeniden akışa dayanabilen kaplamalara doğru iter.

Güç ve yüksek frekanslı tasarımlar

Termal yönetim ve sinyal bütünlüğü önceliklidir; bu, daha kalın bir cam panel yerine metal çekirdekli, seramik veya PTFE bazlı malzemeler anlamına gelir.

Ürününüzün nerede olduğundan emin değilseniz, benzer panoların halihazırda nasıl üretildiğini görmenize yardımcı olur. Göz atabilirsiniz desteklediğimiz uygulama alanları Her segmentte halihazırda kanıtlanmış malzeme kombinasyonlarını görmek için.

Mağaza Katından Pratik Notlar

İlk kez malzeme seçen müşterilerimize söylediğimiz birkaç şey var:

1. Tasarım dondurulmadan önce bitişi seçin, çünkü ped geometrisi ve çadırlama buna bağlıdır.
2. Bakır ağırlığını alışkanlığa göre değil akıma göre ayarlayın, çünkü aşırı büyük bakır aşındırma zorluğunu ve maliyetini artırır.
3. Tg hakkında erkenden bilgi alın, çünkü yüksek Tg'li bir laminatın maliyeti biraz daha fazladır ve tüm saha arızalarını ortadan kaldırır.
4. Çoğu gecikme eksik veya belirsiz bir katman olarak başladığından, yığın çizimini yayınlamadan önce onaylayın.

Laminat seçiminin, bakır ağırlığının ve kaplamanın nasıl etkileşime girdiğine daha derinlemesine bakmak istiyorsanız kılavuzumuza göz atın. FR-4, RF ve metal çekirdekli malzemelerin seçilmesi karşılaştırmaları daha ayrıntılı olarak inceliyor.

Peki devre kartları neyden yapılmıştır? Cam kumaş ve epoksi reçine, bakır folyo ve kaplamalı variller, bir lehim maskesi, baskılı bir açıklama ve bunların tamamının lehimlenebilir olmasını sağlayan son kaplama. İlginç olan listenin kendisi değil, bu malzemelerin işle eşleştirilmesidir. Bu eşleşmeyi doğru yaptığınızda yönetim kurulu on yıl veya daha uzun bir süre boyunca sessizce işini yapar.