Kompleksowy przewodnik po prepregowaniu PCB

Prepreg, skrót od wstępnie impregnowanych włókien kompozytowych, jest niezbędnym materiałem do produkcji wielowarstwowa płytka drukowanas. jednak, jest często pomijany w porównaniu z bardziej widocznym Elementy PCB jak ścieżki miedziane i maska ​​lutownicza. W tym artykule uchylimy zasłonę na temat tej istotnej części konstrukcji płyty wielowarstwowej. Dowiemy się, czym jest prepreg, jak to jest zrobione, kluczowe właściwości materiału, powszeche typy, rozważania dotyczące grubości, i więcej. Czytaj dalej, aby lepiej zrozumieć prepreg PCB!

Co to jest prepreg w PCB?

Prepreg składa się z cienkiej tkaniny z włókna szklanego, która została wstępnie zaimpregnowana specjalnie opracowanym systemem żywicy epoksydowej. Żywica jest częściowo utwardzona, tworząc lepką powłokę, solidny materiał arkuszowy zwany prepregiem etapu B. Umożliwia to przepływ żywicy i wiązanie podczas laminowania, bez całkowitego utwardzenia i solidności. Arkusze prepregu układane są naprzemiennie z warstwami folii miedzianej. Układ wielowarstwowy jest laminowany pod wpływem ciepła i ciśnienia, powodując rozpływ żywicy prepregowej i związanie warstw w solidną płytę laminowaną. Prepreg zapewnia doskonałe właściwości dielektryczne i przyczepność pomiędzy warstwami obwodów. A ponieważ prepreg ma precyzyjną grubość, umożliwia tworzenie płytek PCB ze ściśle kontrolowanymi odległościami warstw dielektrycznych.

Jak powstają prepregi?

1. Wybór i przygotowanie materiału wzmacniającego: Wzmocnieniem jest zazwyczaj mata lub tkanina z tkanego włókna szklanego. Należy go oczyścić i przygotować w celu zapewnienia odpowiedniej przyczepności oraz zaimpregnować żywicą.
2. Mieszanie układu żywicy: System żywicy zazwyczaj składa się z żywicy epoksydowej, środki utwardzające, katalizatory, środki zmniejszające palność, i inne dodatki. Składniki te są odmierzane i dokładnie mieszane.
3. Impregnacja zbrojenia: Mieszankę żywicy stosuje się do impregnacji tkanego wzmocnienia szklanego, zazwyczaj poprzez zanurzenie tkaniny w żywicy lub zastosowanie procesu takiego jak powlekanie na gorąco. Dzięki temu żywica może w pełni wniknąć w splot.
4. Częściowe utwardzenie: Impregnowany materiał przechodzi następnie etap częściowego utwardzania, często za pomocą ciepła. To faza b żywicy, co oznacza, że ​​nie jest całkowicie utwardzony, ale jest lepki, stan stały.
5. Leczenie: Prepreg można poddać dodatkowym obróbkom, takim jak prasowanie w celu uzyskania stałej grubości lub dodanie folii ochronnych.
6. Opakowania: Prepreg jest zazwyczaj układany warstwami pomiędzy foliami lub papierami rozdzielającymi, i można go pokroić w arkusze lub rolki. Chroni to materiał i ułatwia manipulację.
7. Składowanie: Prepregi przechowuje się w stanie zamrożonym lub w lodówce, aby zapobiec dodatkowemu utwardzaniu przed użyciem Produkcja PCB. Dzięki temu zachowana jest ich trwałość.
8. Posługiwać się: Gdy wszystko jest gotowe do produkcji płytek PCB, warstwy prepregu są rozmrażane, laminowane folią miedzianą, i całkowicie utwardzony pod wpływem ciepła i ciśnienia.

Nieruchomości materiałów Prepreg PCB

Materiały prepregowe mają kilka właściwości, które określają ich wydajność i zastosowanie:

System żywiczny – Formuła epoksydowa kontroluje kluczowe właściwości, takie jak Tg żywicy, stała dielektryczna/strata, stabilność termiczna, absorpcja wilgoci, i oś Z Szopa. Do popularnych systemów zalicza się FR-4, wysoka Tg, i bezhalogenowy.

Splot z włókna szklanego – Standard 106 i 7628 style szkła zapewniają najlepszą równowagę właściwości. Ciaśniejsze sploty poprawiają wydajność wykrawania, ale zmniejszają obciążenie żywicą.

Zawartość żywicy – Zazwyczaj w 45-55% zakres. Wyższa zawartość żywicy zapewnia lepsze wypełnienie, ale zwiększa stałą dielektryczną. Niższa zawartość żywicy ułatwia wykrawanie.

Wielkość cząstek wypełniacza i obciążenie – Wypełniacze, takie jak krzemionka, zmniejszają współczynnik CTE, ale zwiększają stałą dielektryczną i straty. Większe cząstki poprawiają płynność laminowania, podczas gdy mniejsze zmniejszają opad wypełniacza.

Ułóż i przymocuj – Kontrolowane właściwości określające obsługę prepregu i rejestrację warstwa po warstwie.

Przepływ/Wypełnienie – Lepkość stopu podczas laminowania wpływa na wydajność napełniania, szczególnie w drobnych funkcjach.

Rodzaje prepregów PCB

• Prepreg FR4

FR-4 jest standardem, uniwersalny materiał prepregowy stosowany w większości produkcji płytek PCB. Wykorzystuje bromowaną żywicę epoksydową wzmocnioną tkanym włóknem szklanym, która zapewnia dobrą równowagę łatwości przetwarzania, stabilność wymiarowa, wydajność cieplna, właściwości dielektryczne, i koszt. Prepreg FR-4 charakteryzuje się typową temperaturą zeszklenia w zakresie 130-140°C.

• Prepreg o wysokiej Tg

Prepreg o wysokiej Tg wykorzystuje specjalistyczne systemy żywic epoksydowych, aby osiągnąć temperaturę zeszklenia 170°C lub wyższą, spełniające wymagania dotyczące płytek drukowanych o wysokiej niezawodności stosowanych w przemyśle lotniczym, obrona, i innych ekstremalnych środowiskach. Żywice o wysokiej stabilności termicznej wytrzymują lutowanie, wyżarzanie, i inne procesy do 230-290°C. Prepregi o wysokiej Tg zapewniają lepszą wydajność termiczną i mechaniczną, ale przy wyższych kosztach niż standardowe FR-4.

• Bezhalogenowy prepreg

Bezhalogenowe prepregi wykorzystują systemy żywic niezawierające bromu ani innych halogenów, które podczas spalania mogą wytwarzać niebezpieczne produkty uboczne. Do popularnych systemów żywic bezhalogenowych zalicza się triazyna bismalaleimidowa (BT) żywica epoksydowa, ester cyjanianowy, i modyfikowany epoksyd. Bezhalogenowe prepregi zapewniają korzyści dla środowiska, ale także wyższe koszty i bardziej złożone przetwarzanie w porównaniu ze standardowym FR-4.

• Szybki prepreg

Prepreg o dużej szybkości wykorzystuje opracowane systemy żywic, aby osiągnąć stabilne właściwości dielektryczne i niskie straty dielektryczne, co zapewnia niezawodne działanie w wysokich częstotliwościach. Typowe systemy żywic obejmują eter polifenylenowy (ŚOI) mieszanki i fluoropolimery, które uzyskują stałe dielektryczne pod 3.5. Szybki prepreg umożliwia projektowanie PCB dla RF, kuchenka mikrofalowa, wysoka szybkość transmisji danych, i inne wymagające aplikacje.

Jak wybrać dobro PCB Materiał prepregowy?

Z tak wieloma opcjami prepregów, istotne jest dopasowanie właściwości materiału do wymagań aplikacji:

Integralność sygnału – Prepregi o niskim Dk i Df umożliwią przesyłanie sygnałów o większej prędkości przy zmniejszonych stratach i dyspersji. Upewnij się, że tolerancja impedancji mieści się w granicach specyfikacji.

Zarządzanie ciepłem – Jeśli wymagana jest wysoka stabilność termiczna, wybierz prepreg z systemem żywicy o wysokiej Tg. Umożliwia to montaż bezołowiowy i niezawodność w przypadku wahań temperatury.

Środowisko – Bezhalogenowe prepregi zapobiegają emisji niebezpiecznych substancji, takich jak dioksyny, podczas spalania, ale kosztują więcej niż standardowe FR-4.

Skumulowanie – Cieńszy prepreg umożliwia ciaśniejsze pionowe ścieżki i przelotki. Standard 106 szkło działa dobrze, gdy jest mocniejsze 7628 sploty mogą pomóc w przypadku bardzo drobnych geometrii.

Szopa – Dodanie większej liczby warstw naprężeń platerowanych przez otwory, więc prepreg o niższym CTE pomaga zapobiegać pękaniu beczki. To równoważy zwiększoną stałą dielektryczną.

Koszt – Podczas gdy inne prepregi zapewniają najwyższą wydajność, standardowy FR-4 będzie całkowicie odpowiedni do wielu zastosowań przy niższych kosztach.

Grubość prepregu PCB i jej wpływ

Grubość prepregu zazwyczaj waha się od 0.002 cale (2 mils) aż do 0.025 cale (25 mils). Trend zmierza w kierunku cieńszych materiałów, aby umożliwić uzyskanie cieńszych linii i przestrzeni, mniejsze przelotki, i ściślejsza kontrola impedancji. Niektóre kluczowe wpływy grubości prepregu:

Cieńsze dielektryki umożliwiają węższą geometrię prowadzenia. 0.002” umożliwia prepreg 2/2 linia/spacja kontra 4/4 z materiałem o grubości 0,004”..

Cieńsze dielektryki zmniejszają utratę sygnału, ale niezawodność mikroprzelotek może stać się problematyczna poniżej 0,003”.

Standardowy 0,014”-0.020Prepregi dobrze sprawdzają się przy szerokiej kontroli impedancji i izolacji wysokiego napięcia.

Grubsze prepregi powyżej 0,020 cala zapewniają większe napięcie przebicia przez szersze szczeliny. Pozwala na oszczędne stosowanie droższych warstw pośrednich.

W podsumowaniu, grubość prepregu zapewnia kompromis między kosztami, geometrie projektowe, i wydajność elektryczną. Jak zawsze, wybierz grubość prepregu odpowiednią dla każdego konkretnego zastosowania, a nie arbitralnie.

Wniosek

Materiały prepregowe stanowią złożoną, ale kluczową część Projektowanie PCB ., i proces produkcyjny. Jak już sprawdziliśmy, czynniki takie jak rodzaj żywicy, styl z włókna szklanego, środki zmniejszające palność, i więcej, wszystko to przyczynia się do rozwoju elektryki prepreg, mechaniczny, i właściwości termiczne. Chociaż może się to wydawać nieprzezroczystym czarnym materiałem, Inteligentny dobór prepregów umożliwia inżynierom wybieranie zestawów PCB w celu uzyskania optymalnej wydajności.

Różnorodność dostępnych rodzajów prepregów jest ogromna, dlatego współpraca z doświadczonymi partnerami produkcyjnymi jest nieoceniona. MOKO Technology posiada specjalistyczną wiedzę, która pomaga klientom w wyborze odpowiedniego prepregu w celu optymalizacji układania w stosy. Skontaktuj się z nami już dziś aby skorzystać z większej wiedzy na temat prepregacji.