Обязательно к прочтению: Руководство по материалам печатных плат

Когда дело доходит до электроники, Печатные платы — невоспетые герои, благодаря которым все работает бесперебойно.. Они похожи на дороги, соединяющие все части города., позволяя сигналам путешествовать туда, куда им нужно.. И точно так же, как вы хотите, чтобы дороги были сделаны из надежных материалов, способных выдержать движение транспорта., вы хотите, чтобы ваши печатные платы были прочными. Материал печатной платы, который вы выбираете, важен. Он определяет, насколько хорошо ваше устройство будет работать и выдерживать повседневное использование.. к счастью, в вашем распоряжении широкий выбор материалов, удовлетворение ваших конкретных требований к производительности дизайна. В этом руководстве вы познакомитесь с основными материалами печатных плат, которые вы можете выбрать, и узнаете, что делает каждый из них уникальным.. Итак, давайте перейдем к этому!

Из чего сделаны печатные платы?

В этой секции, в основном мы представляем ключевые слои, из которых состоит печатная плата, и материалы, которые они используют.:

• Слой подложки

В Печатная плата слой подложки is like the foundation of a house – it’s the base that everything else in a printed circuit board builds on top of. Обычно, этот слой сделан из стекловолокна, что придает печатным платам особую жесткость. Но стекловолокно — не единственный существующий материал..

Подложки также могут быть изготовлены с использованием эпоксидных смол., ЦЕМ-1, G-11, изолированный металл, FR-1, или полиимид. Каждый материал имеет свои собственные свойства, которые инженеры выбирают в зависимости от таких факторов, как количество тепла, которое может выдержать печатная плата, или диэлектрическая проницаемость.. Но из всех вариантов, FR-4, безусловно, самый популярный..

• Проводящий слой

Если слой подложки является основой печатной платы, вы можете думать о проводящем слое как о проводке, которая заставляет все работать. Это слой, состоящий из тонких медных дорожек, которые передают сигналы и мощность по всей цепи..

Медь стала основным материалом для проводящего слоя, поскольку она является отличным проводником и более доступна по цене, чем другие варианты, такие как серебро или золото.. Конечно, эти материалы немного более проводящие, но медь справляется со своей задачей в большинстве случаев.

Проводящий следы на печатной плате подобны крошечным медным магистралям, передающим электричество всем различным компонентам. Расположение и конструкция этих трасс очень важны для обеспечения быстрого и эффективного распространения сигналов..

• Слой паяльной маски

Слой паяльной маски, тонкое пластиковое покрытие, размещается над медными дорожками на Печатная плата. Этот слой действует как изолятор, который предотвращает соединение припоя между близлежащими медными дорожками при сборке печатной платы.. Таким образом, паяльная маска играет ключевую роль в предотвращении образования нежелательных электрических соединений.. Обнажая только намеченные точки пайки, паяльная маска направляет припой для правильного соединения и предотвращения коротких замыканий. На самом деле для паяльной маски используется несколько разных материалов в зависимости от метода нанесения., они эпоксидные жидкости, сухая пленка, и жидкость, фотоизображаемая.

• Слой шелкографии

В слой шелкографии на печатной плате это как дорожная карта для создания электроники. Эти эпоксидные чернила печатаются поверх печатной платы на заключительных этапах.. Он показывает, где следует разместить каждый компонент, с помощью полезных надписей и маркировок.. Помимо маркировки, на шелкографии также указаны важные предупреждения или логотипы производителя.. Все эти маленькие символы и коды, напечатанные белыми чернилами, служат важным руководством при сборке и отладке..

Распространенные типы материалов печатных плат

1. FR-4 (Огнезащитный 4)

FR-4 стал преобладающим материалом для печатных плат из-за оптимального сочетания доступной цены., надежная работа, и простота изготовления. Он состоит из тканого стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой и армированного огнестойким материалом.. Печатные платы ФР-4 обеспечивают эффективную электрическую изоляцию и структурную прочность, сохраняя при этом функциональную стабильность при высоких и низких температурах.. Эта универсальность делает FR-4 подходящим выбором для печатных плат в различных продуктах, включая бытовую электронику., телекоммуникационные устройства, и промышленное оборудование.

2. ЦЕМ-3

Как ФР-4, СЕМ-3 изготовлен из тканого стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой.. Это придает ему многие из тех же желательных свойств, что и FR-4.: отличная электроизоляция, механическая сила, и термическая стабильность. Но CEM-3 отличается тем, что он немного более доступен.. За схемотехника которым не нужна абсолютная вершина производительности, экономные инженеры часто выбирают CEM-3 вместо более дорогого FR-4.. Таким образом, хотя почтенный FR-4 по-прежнему безраздельно доминирует в сфере продвинутых приложений,, CEM-3 предлагает привлекательный вариант для повседневных нужд печатных плат.. Баланс возможностей и скромная цена делают CEM-3 надежным базовым материалом для всех видов электроники..

3. Полиимид

Полиимид — универсальный полимерный материал, идеально подходящий для печатных плат в сложных условиях.. Непревзойденная термическая стабильность полиимида, механическая гибкость, и химическая стойкость позволяют ему сохранять целостность и функциональность даже в суровых условиях эксплуатации.. В то время как сильная жара и едкие вещества снижают прочность многих материалов., полиимид сохраняет свои свойства и продолжает надежно работать.

Эта исключительная термическая и химическая стойкость, в сочетании со структурной гибкостью, делает полиимид хорошо подходящим для критически важной электроники во многих отраслях промышленности., включая аэрокосмическую, автомобильный, и военные.

4. Тефлон (ПТФЭ)

Этот материал обладает исключительными электрическими свойствами, которые минимизируют потери сигнала., даже на радиолокационных и спутниковых частотах. Главными преимуществами ПТФЭ являются его низкие диэлектрическая постоянная и тангенс угла потерь, которые ограничивают деградацию и искажения сигнала. Он также обладает превосходной термической стабильностью благодаря высокой температуре стеклования.. Печатные платы с тефлоном сохраняют свою структуру и работоспособность даже при воздействии сильных температур.. В довершение всего, этот материал печатной платы обладает превосходной химической стойкостью., не обращая внимания даже на агрессивные химические вещества, которые могут повредить другие пластмассы..

5. Материал печатной платы с металлическим сердечником

Металлические сердечники, как подсказывает название, иметь металлический сердечник, обычно алюминий, чтобы обеспечить лучший отвод тепла. Они быстро привыкают, когда компоненты становятся очень горячими.. Мы говорим о мощных светодиодных фонарях., преобразователи мощности, automotive electronics – anything that cranks out blazing heat. Итак, в следующий раз, когда вы будете создавать электронику, где все становится пугающе горячим, доски с металлическим сердечником получили твою спину! Встроенный металлический сердечник облегчает отвод тепла от чувствительных к температуре компонентов., тем самым предотвращая перегрев и обеспечивая стабильную производительность..

6. Материал Роджерса

Rogers Corporation выделяется как ведущий поставщик материалов для печатных плат., предлагая высокопроизводительную продукцию для требовательных приложений. Их популярные серии RO4000 и RO3000 подходят для высокочастотных, высокая температура, и потребности в высокой надежности. Материалы Rogers обеспечивают специальные свойства, необходимые для таких продуктов, как радиолокационные системы., буровое оборудование, и аэрокосмическая авионика, где производительность имеет решающее значение. С собственным R&Д и производство, Rogers производит лучшие материалы для печатных плат, которым доверяют производители, ориентированные на качество, для плат критически важного назначения.. Когда схемы должны безупречно работать в напряженных условиях, Роджерс доставляет.

Ниже приведена таблица, в которой сравниваются эти материалы для печатных плат в различных аспектах.:

Материал	FR4	ЦЕМ-3	Тефлон	Роджерс	Металл	Полиимид
Диэлектрическая постоянная	~4,4	~4.5 – 4.9	~2,1	~2.5 – 10.2	Переменная	~3.4 – 3.5
Термическая стабильность	Хороший	Умеренный	Превосходно	Превосходно	Переменная	Хороший
Диапазон частот	Диапазон до ГГц	Диапазон до ГГц	Диапазон до ГГц	СВЧ & РФ	Ограничено кожей	Диапазон ГГц
Касательная потерь	Низкий	Умеренный	Очень низкий	Низкий	Низкий	Низкий
Расходы	Низкий	Низкий	Высокий	Высокий	От умеренного до высокого	Умеренный
Механический гибкий	Ограничено	Ограничено	Хороший	Ограничено	Ограничено	Превосходно
Обработка	Стандарт	Стандарт	Специализированный	Специализированный	Ограничено	Стандарт

Факторы, которые следует учитывать при выборе материала печатной платы

При выборе материала для изготовление печатной платы:

Электрические характеристики

• Диэлектрическая постоянная (Дк): Это влияет на скорость распространения сигнала и управление импедансом.. Более высокие значения Dk могут привести к снижению скорости передачи сигнала..
• Коэффициент рассеяния (Df): Влияет на потери сигнала и энергоэффективность. Более низкие значения Df желательны для высокочастотных приложений..

Механическая сила

• Предел прочности: Определяет способность печатной платы выдерживать механические нагрузки без деформации и разрушения..
• Предел прочности при изгибе: Актуально для гибких или гибко-жесткие печатные платы, что указывает на их устойчивость к изгибу и изгибу.

Тепловые свойства

• Теплопроводность: Решающее значение для отвода тепла в энергоемких компонентах. Высокая теплопроводность помогает более эффективно рассеивать тепло..
• Коэффициент температурного расширения (Кот): Несоответствие между печатной платой и CTE компонента может вызвать проблемы с надежностью из-за термоциклирования..

Горючесть и огнестойкость

• Рейтинг UL: в 94 рейтинги классифицируют материалы на основе их воспламеняемости и самозатухающих свойств.. V-0 более огнестойкий, чем Фау-2, Например.

Соображения стоимости

• Стоимость материалов для печатных плат может существенно различаться. Высокопроизводительные материалы, такие как ПТФЭ. (Тефлон) как правило, дороже, чем FR-4, обычный материал на основе эпоксидной смолы.

Технологичность

• Совместимость с процессами сборки: Для некоторых материалов может потребоваться специальное оборудование или методы обработки, которые могут повлиять на производственные затраты..
• Сверляемость и обрабатываемость: С материалами должно быть легко работать в процессе изготовления..

Экологические соображения

• Соответствие RoHS: Убедитесь, что выбранный материал печатной платы соответствует применимым экологическим стандартам., как требования RoHS, которые ограничивают некоторые токсичные вещества.
• Переработка и утилизация: Учитывайте простоту переработки и утилизации материала после жизненного цикла печатной платы..

Целостность и частота сигнала

• Высокочастотные приложения: Различные материалы демонстрируют разные характеристики потерь сигнала на более высоких частотах.. Выбирайте материал с низким тангенсом потерь для улучшения целостности сигнала..

Суть

Выбор подходящего материала для печатной платы имеет большое значение.. Это действительно может повлиять на то, насколько хорошо работает ваша печатная плата., как долго это длится, и сколько стоит построить. Вы должны учитывать такие вещи, как: может ли этот материал хорошо проводить электричество? How about heat – does it dissipate that effectively? Выдержит ли он физически со временем?? Может ли он справиться с воздействием каких-либо химикатов или условий, которые здесь задействованы?? В зависимости от приложения, возможно, вам придется подумать и о факторах окружающей среды. Понимая сильные стороны и ограничения каждого материала печатной платы., инженеры могут выбрать оптимальный вариант для конкретных целей проекта. Если вам нужна помощь в выборе материала печатной платы, попробуйте обратиться за помощью к МОКО Технология.