Laminowanie PCB to kluczowy krok Produkcja PCB, która polega na „wkładaniu” warstwy rdzenia zawierającej obwody pomiędzy arkusze materiału laminowanego płytek drukowanych. Właściwa laminacja jest niezbędna do stworzenia trwałej płytki PCB, która będzie w stanie wytrzymać naprężenia mechaniczne i termiczne przez cały okres jej użytkowania.
Czym dokładnie jest laminowanie PCB i dlaczego ma to znaczenie? Laminowanie oznacza proces trwałego łączenia arkuszy materiału izolacyjnego, zwane laminatami, do przewodzących warstw miedzi poprzez zastosowanie ciepła i ciśnienia. To tworzy płyta wielowarstwowa z obwodami bezpiecznie uszczelnionymi wewnątrz. Laminowanie PCB jest ważne, ponieważ zapewnia sztywność strukturalną i chroni miedź przed środowiskiem, jednocześnie izolując pomiędzy warstwami przewodzącymi, aby zapobiec zwarciom.
W tym przewodniku dla początkujących, przyjrzymy się różnym rodzajom laminatów stosowanych w PCB, przejść przez proces laminowania krok po kroku, i sprawdź kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze laminatów. Zacznijmy!
Różne typy laminatów płytek drukowanych
Istnieje kilka rodzajów materiałów laminowanych stosowanych na warstwy izolacyjne na płytce drukowanej. Niektóre z najczęstszych obejmują:
-
Laminat FR-4
Najpopularniejszym obecnie materiałem laminowanym jest FR-4, żywica epoksydowa wzmocniona włóknem szklanym. Materiał ten zapewnia dobrą równowagę wydajności, koszt, i dostępność. Tkane wzmocnienie z włókna szklanego zapewnia sztywność mechaniczną i wytrzymałość deski. System żywicy epoksydowej nadaje właściwości elektroizolacyjne i łączy warstwy po utwardzeniu.
Laminaty płytek drukowanych FR-4 są dostępne u wielu producentów w różnych splotach szklanych, zawartość żywicy, i ciężarki. Właściwości elektryczne, takie jak stała dielektryczna można dostroić, dostosowując skład chemiczny żywicy. Względna przystępność cenowa i wszechstronność FR-4 sprawiają, że nadaje się on do wielu ogólnych zastosowań płytek drukowanych.
-
Laminat CEM-1
Do zastosowań bardziej wrażliwych na koszty, Laminaty CEM-1 mogą być stosowane jako tańsza alternatywa dla FR-4. CEM-1 wykorzystuje kompozytową żywicę epoksydową wzmocnioną papierem celulozowym zamiast włóknem szklanym.
Ponieważ włókna papieru celulozowego nie są tak mocne jak włókno szklane, CEM-1 ma obniżone właściwości mechaniczne. Pochłania także więcej wilgoci. Ale koszt materiałów jest znacznie niższy, zapewniając pewne oszczędności w kosztach PCB, gdy wymagania dotyczące wydajności są mniej rygorystyczne.
-
Laminat poliimidelowy
Folie poliimidowe, takie jak Kapton, zapewniają doskonałą stabilność termiczną i odporność chemiczną. Dzięki temu nadają się do elastycznych zastosowań PCB. Powtarzające się zginanie obwodów wymaga wytrzymałych laminatów. Folie poliimidowe wytrzymują bardzo wysokie temperatury, o temperaturach zeszklenia przekraczających 300°C. Ta odporność cieplna umożliwia stosowanie elastycznych obwodów na bazie poliimidu w środowiskach o wysokiej temperaturze. Typowe zastosowania obejmują elektronikę w systemach lotniczych.
-
Wysoka częstotliwość/wysoka prędkość
Stosowane są specjalistyczne laminaty płytek drukowanych zaprojektowane z myślą o optymalnych parametrach elektrycznych Wysoka częstotliwość PCB i szybka cyfrowa płytka drukowana. Kluczowe właściwości, takie jak stała dielektryczna i tangens strat, są zminimalizowane, aby zachować integralność sygnału przy większych prędkościach.
Typowe materiały laminowane o wysokiej częstotliwości/dużej prędkości obejmują PTFE (Teflon) kompozyty wzmacniane włóknami mikroszklanymi. Stosuje się również mieszanki PTFE z wypełnieniem ceramicznym. Dokładne właściwości dielektryczne można dostosować do docelowych zastosowań.
-
Laminat platerowany metalem
Laminaty platerowane metalem mają cienkie warstwy folii z metalu, takiego jak miedź lub aluminium, połączone z jedną lub obiema stronami podłoża dielektrycznego. Umożliwia to tworzenie PCB z metalowym rdzeniem, które mają warstwę metalu w środku, aby rozprowadzać i rozpraszać ciepło.
Laminaty platerowane aluminium zapewniają najwyższą przewodność cieplną w celu odprowadzania ciepła. Laminaty platerowane miedzią mają również dobre właściwości termiczne. Te płyty na bazie metalu idealnie nadają się do elektroniki dużej mocy, gdzie zarządzanie temperaturą ma kluczowe znaczenie.
Wyjaśnienie krok po kroku procesu laminowania PCB
- Przygotowanie powierzchni
Proces ten polega na dokładnym oczyszczeniu paneli, spłukując je oczyszczoną wodą, eliminując skorodowane powierzchnie miedziane i odciski palców, i usuwanie pozostałości
- Mikrotrawienie
W mikrotrawieniu, folię miedzianą, która została wcześniej powlekana, utlenia się kwasem. Metoda ta zapewnia jednorodność warstwy miedzi i zachowanie określonych obszarów, takie jak podkładki i trasy, niezbędne do przesyłania sygnałów elektrycznych, bez narażania ich w trakcie procesu.
- Obróbka powierzchniowa
Stosowanie kąpieli z czarnym tlenkiem, PCB poddawane są skrupulatnej obróbce powierzchniowej, zwiększając przyczepność żywicy epoksydowej i skutecznie zapobiegając problemom z rozwarstwianiem.
- Układanie warstwy wewnętrznej
Na tym etapie procesu, operator starannie organizuje warstwy wewnętrzne i prepregi w odpowiedniej kolejności i delikatnie łączy je ze sobą za pomocą nitownicy.
- Montaż pełnego stosu
Zmontowany stos jest umieszczony pomiędzy arkuszami folii miedzianej i płytami ze stali nierdzewnej. Stalowe płyty zapobiegają wypaczeniu i uszkodzeniom podczas laminowania. Cały zespół trafia do prasy do laminowania.
- Laminowanie PCB
Zespół warstwowy wchodzi do podgrzewanej hydraulicznej prasy do laminowania. Pod wpływem ciepła i ciśnienia, warstwy prepregu miękną i płyną podczas utwardzania żywicy epoksydowej. To łączy warstwy w solidną laminowaną płytkę drukowaną. Laminowanie PCB zwykle trwa 1 do 2 godzin pod wpływem ciepła i ciśnienia.
- Chłodzenie
Po laminowaniu, utwardzony zespół przemieszcza się do prasy chłodzącej. Chłodzenie pod ciśnieniem zapobiega powstawaniu wypaczeń i naprężeń wewnętrznych w miarę spadku temperatury.
- Odpinanie
Płyty ze stali nierdzewnej są odłączane od płyty laminowanej po osiągnięciu przez nią temperatury pokojowej. Spowoduje to odsłonięcie zewnętrznych warstw folii miedzianej.
- Wyrównanie otworów
Promienie rentgenowskie sprawdzają wyrównanie otworów w warstwie wewnętrznej po laminowaniu. Wykrywane są wszelkie przesunięcia podczas procesu łączenia pod wysokim ciśnieniem. Otwory są gratowane i rozwiercane, aż wszystkie warstwy wyrównają się, zapewniając niezawodną łączność pomiędzy warstwami PCB.
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze laminatu do płytek drukowanych
Z dużą ilością opcji laminatu, ważne jest, aby wybrać odpowiedni materiał w oparciu o wymagania produktu i względy projektowe PCB:
Kontrola jakości — wymagaj od dostawców dostarczenia dokumentacji potwierdzającej, że ich laminaty wykorzystują właściwe materiały i spełniają wszystkie specyfikacje. Przejrzyj raporty z testów i certyfikaty jakości, aby potwierdzić, że płyty spełnią wymagania dotyczące wydajności. Stała dielektryczna – Stała dielektryczna wpływa na prędkość propagacji sygnałów na laminacie PCB i kontrolę impedancji. Zmniejszona stała dielektryczna ułatwia szybką transmisję sygnału w konstrukcjach o dużej prędkości.
Stracić styczność – Przy wysokich częstotliwościach, styczna strat określa, ile sygnału jest tracone w wyniku absorpcji w materiale laminowanym. Niższa wartość stycznej straty zwiększa ogólną integralność sygnału poprzez minimalizację utraty sygnału.
Przewodność cieplna – Wskazuje, jak szybko ciepło przemieszcza się przez laminat. Wyższa przewodność cieplna sprzyja efektywnemu odprowadzaniu ciepła z gorących elementów na płycie, zapewniając optymalną regulację temperatury.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej (Szopa) – Współczynnik ten oznacza rozszerzanie się laminatu wraz ze wzrostem temperatury o każdy stopień. Wyrównanie współczynnika CTE pomiędzy warstwami laminatu i miedzi łagodzi naprężenia termiczne, zwiększając stabilność PCB.
Temperatura zeszklenia (Tg) – Tg oznacza punkt, w którym laminat przechodzi ze stanu sztywnego do zmiękczonego. Aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przegrzaniem, Tg powinna przekraczać maksymalną temperaturę roboczą PCB o co najmniej 50°C, zapewniając, że struktura płyty pozostanie nienaruszona.
Rezystywność powierzchniowa- Sprawdź, czy rezystywność powierzchni laminatu mieści się w granicach ideału 103 do 109 zakres megaomów na metr kwadratowy. Wilgoć i temperatura mają wpływ na wartości. Wybierz laminaty spełniające wymagania nawet w przewidywanych warunkach środowiskowych.
Końcowe przemyślenia
Laminowanie PCB może wydawać się jedynie szczegółem produkcyjnym, jest to jednak kluczowy proces w produkcji płytek PCB. Stosowanie odpowiednich materiałów do laminowania płytek drukowanych i przestrzeganie dokładnych procedur laminowania pomaga uzyskać niezawodność, wysokowydajne płytki drukowane. Dla najlepszych rezultatów, nawiąż współpracę z producentem posiadającym doświadczenie w doborze laminatów i najnowocześniejszych procesach laminowania. Z podstawami opisanymi w tym przewodniku dla początkujących, możesz teraz zejść głębiej i uznać laminowanie za integralną część kolejnego projektu PCB. W przypadku dalszych pytań, nie krępuj się skontaktuj się z naszym specjalistą ds. PCB.
