La laminazione del PCB è un passaggio fondamentale Fabbricazione PCB, che comporta l'inserimento a sandwich di uno strato centrale contenente i circuiti tra fogli di materiale laminato del circuito stampato. Una corretta laminazione è essenziale per creare un PCB durevole in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche e termiche per tutta la sua vita.
Allora, cos'è esattamente la laminazione PCB e perché è importante?? La laminazione si riferisce al processo di incollaggio permanente di fogli di materiale isolante, conosciuti come laminati, agli strati conduttivi di rame attraverso l'applicazione di calore e pressione. Questo forma a pannello multistrato con i circuiti sigillati in modo sicuro all'interno. La laminazione del PCB è importante perché fornisce rigidità strutturale e protegge il rame dall'ambiente, isolando anche tra gli strati conduttivi per prevenire cortocircuiti.
In questa guida per principianti, esploreremo i diversi tipi di laminati utilizzati nei PCB, seguire passo dopo passo il processo di laminazione, ed esaminare i fattori chiave da considerare nella scelta dei laminati. Iniziamo!
Diversi tipi di laminati per circuiti stampati
Esistono diversi tipi di materiali laminati utilizzati per gli strati isolanti in un PCB. Alcuni dei più comuni includono:
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Laminato FR-4
Il materiale laminato più diffuso oggi è FR-4, una resina epossidica rinforzata con fibra di vetro. Questo materiale offre un buon equilibrio di prestazioni, costo, e disponibilità. Il rinforzo in fibra di vetro intrecciata fornisce rigidità meccanica e resistenza alla tavola. Il sistema di resina epossidica conferisce proprietà di isolamento elettrico e lega insieme gli strati una volta indurito.
I laminati per circuiti stampati FR-4 sono disponibili presso molti produttori in una gamma di trame di vetro, contenuto di resina, e pesi. Proprietà elettriche come costante dielettrica può essere regolato regolando la chimica della resina. La relativa convenienza e versatilità dell'FR-4 lo rendono adatto a molte applicazioni generiche di circuiti stampati.
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Laminato CEM-1
Per applicazioni più sensibili ai costi, I laminati CEM-1 possono essere utilizzati come alternativa a basso costo a FR-4. CEM-1 utilizza una resina epossidica composita rinforzata con carta di cellulosa anziché con fibra di vetro.
Poiché le fibre di carta di cellulosa non sono resistenti come la fibra di vetro, CEM-1 ha proprietà meccaniche ridotte. Assorbe anche più umidità. Ma il costo dei materiali è sostanzialmente inferiore, fornendo alcuni risparmi sui costi del PCB quando i requisiti prestazionali sono meno impegnativi.
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Poliimmidelaminato
I film di poliimmide come Kapton forniscono un'eccellente stabilità termica e resistenza chimica. Ciò li rende adatti per applicazioni PCB flessibili. La flessione ripetuta dei circuiti richiede laminati robusti. I film in poliimmide possono resistere a temperature molto elevate, con temperature di transizione vetrosa superiori a 300°C. Questa resistenza al calore consente l'applicazione di circuiti flessibili a base di poliimmide in ambienti ad alta temperatura. Le applicazioni comuni includono l'elettronica nei sistemi aerospaziali.
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Alta frequenza/Alta velocità
Vengono utilizzati laminati specializzati per circuiti stampati progettati per prestazioni elettriche ottimali alta frequenza PCB e PCB digitale ad alta velocità. Proprietà chiave come la costante dielettrica e la tangente di perdita sono ridotte al minimo per mantenere l'integrità del segnale a velocità più elevate.
I comuni materiali laminati ad alta frequenza/alta velocità includono il PTFE (Teflon) compositi rinforzati con fibre di microvetro. Vengono utilizzate anche miscele di PTFE caricato con ceramica. Le precise proprietà dielettriche possono essere personalizzate per le applicazioni target.
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Laminato rivestito in metallo
I laminati rivestiti in metallo hanno sottili strati di lamina di metallo come rame o alluminio legati su uno o entrambi i lati del substrato dielettrico. Ciò consente la creazione di PCB con anima in metallo, che hanno lo strato metallico al centro per diffondere e dissipare il calore.
I laminati rivestiti in alluminio forniscono la massima conduttività termica per la dissipazione del calore. Laminati rivestiti in rame hanno anche buone proprietà termiche. Queste schede a base metallica sono ideali per l'elettronica ad alta potenza in cui la gestione termica è fondamentale.
Spiegazione passo passo del processo di laminazione PCB
- Preparazione della superficie
Questo processo prevede la pulizia accurata dei pannelli, sciacquandoli con acqua purificata, eliminando le superfici in rame corrose e le impronte digitali, e rimuovendo i residui
- Microincisione
In microincisione, una lamina di rame precedentemente placcata viene ossidata mediante acido. Questo metodo garantisce l'uniformità dello strato di rame e preserva aree specifiche, come pad e percorsi, essenziale per la trasmissione di segnali elettrici, senza esporli durante il processo.
- Trattamento della superficie
Utilizzando un bagno di ossido nero, i PCB subiscono un meticoloso trattamento superficiale, migliorare l'adesione della resina epossidica ed evitare efficacemente problemi di delaminazione.
- Impilamento dello strato interno
A questo punto del processo, un operatore organizza attentamente gli strati interni e preimpregnati nella sequenza corretta e unirli delicatamente insieme utilizzando la rivettatrice.
- Assemblaggio dello stack completo
La pila assemblata è inserita tra fogli di lamina di rame e piastre di acciaio inossidabile. Le piastre in acciaio prevengono deformazioni e danni durante la laminazione. Questo assemblaggio completo entra nella pressa di laminazione.
- Laminazione PCB
L'assemblaggio del sandwich entra in una pressa di laminazione idraulica riscaldata. Sotto calore e pressione, gli strati preimpregnati si ammorbidiscono e scorrono mentre la resina epossidica polimerizza. Questo lega gli strati in un solido circuito laminato. La laminazione PCB richiede in genere 1 per 2 ore sotto calore e pressione.
- Raffreddamento
Migliore azione termica rispetto ai prodotti FR-4 standard, l'insieme polimerizzato si sposta in una pressa di raffreddamento. Il raffreddamento sotto pressione previene lo sviluppo di deformazioni e tensioni interne al calo delle temperature.
- Detacking
Le piastre in acciaio inox vengono staccate dal pannello laminato una volta raggiunto la temperatura ambiente. Ciò espone gli strati esterni di lamina di rame.
- Allineamento dei fori
I raggi X controllano l'allineamento dei fori dello strato interno dopo la laminazione. Viene rilevato qualsiasi spostamento durante il processo di incollaggio ad alta pressione. I fori vengono sbavati e alesati finché tutti gli strati non si riallineano, garantendo una connettività affidabile tra gli strati PCB.
Fattori da considerare quando si sceglie il laminato per circuiti stampati
Con un'abbondanza di opzioni di laminato, è importante selezionare il materiale giusto in base ai requisiti del prodotto e a considerazioni sulla progettazione del PCB:
Controllo qualità: richiedere ai fornitori di fornire la documentazione attestante che i loro laminati utilizzano i materiali giusti e soddisfano tutte le specifiche. Esaminare i rapporti di prova e i certificati di qualità per confermare che le schede soddisferanno le esigenze prestazionali. Costante dielettrica – La velocità di propagazione dei segnali su un laminato PCB e il controllo dell'impedenza sono influenzati dalla costante dielettrica. Una costante dielettrica ridotta facilita la trasmissione rapida del segnale nei progetti ad alta velocità.
Tangente di perdita – Alle alte frequenze, la tangente di perdita determina la quantità di segnale perso a causa dell'assorbimento nel materiale laminato. Un valore inferiore nella tangente di perdita migliora l'integrità complessiva del segnale riducendo al minimo la perdita di segnale.
Conduttività termica – Rappresenta la velocità con cui il calore si muove attraverso il laminato. Una maggiore conduttività termica favorisce un'efficace dissipazione del calore dai componenti caldi sulla scheda, garantendo una regolazione ottimale della temperatura.
Coefficiente di espansione termica (CTE) – Questo coefficiente indica l’espansione del laminato con ogni grado di aumento della temperatura. L'allineamento del CTE tra il laminato e gli strati di rame mitiga le sollecitazioni termiche, migliorare la stabilità del PCB.
Temperatura di transizione del vetro (Tg) – Tg segna il punto in cui il laminato passa dallo stato rigido a quello ammorbidito. Per evitare danni da surriscaldamento, la Tg dovrebbe superare la temperatura massima di funzionamento del PCB di almeno 50°C, garantendo che la scheda rimanga strutturalmente intatta.
Resistività superficiale- Verificare che la resistività superficiale del laminato rientri nell'ideale 103 per 109 intervallo di megaohm per metro quadrato. L'umidità e la temperatura influiscono sui valori. Seleziona i laminati che soddisfano i requisiti anche nelle condizioni ambientali previste.
Pensieri finali
La laminazione del PCB può sembrare solo un dettaglio di produzione, ma è un processo fondamentale nella fabbricazione di PCB. L'utilizzo dei giusti materiali laminati per circuiti stampati e il rispetto di attente procedure di laminazione aiutano a produrre prodotti affidabili, circuiti stampati ad alte prestazioni. Per i migliori risultati, collaborare con un produttore che ha esperienza nella selezione del laminato insieme a processi di laminazione all'avanguardia. Con le nozioni di base trattate in questa guida per principianti, ora sei pronto per approfondire e considerare la laminazione come parte integrante del tuo prossimo progetto PCB. Per qualsiasi ulteriore domanda, sentiti libero di contatto con il nostro specialista PCB.
