Deska plošných spojů (PCB) je dnes považována za stavební kámen v elektronickém průmyslu. Používá se ve všech typech malé elektroniky, jako jsou kalkulačky, pro větší zařízení, projekty a stroje.

Struktura desky plošných spojů (PCB) určuje rozsah projektů a zařízení, pro která je vhodná. Je založena na typech materiálů použitých v desce plošných spojů, které pomáhají používat desky v konkrétních aplikacích.

PCB deska struktura má sítotisk, pájecí masku, měď a substrát. Nad tím jsou konfigurovány vodivé vrstvy pro připojení součástek.

Pro výrobu desek plošných spojů se používají různé materiály, které definují výkon, životnost a kvalitu projektů, ve kterých budou použity.

Zde si probereme různé typy materiálů používaných pro desky plošných spojů, které mají různé vlastnosti a ovlivňují specifikace desek. Začněme.

Jaké jsou hlavní součásti desek plošných spojů?

Hlavní součásti desek plošných spojů jsou uvedeny zde.

  •  Substrát (základní materiál)

  •  Měděná vrstva

  •  Pájecí maska

  •  Sítotisk

  •  Vodivá dráha

Důležitost všech komponent desky plošných spojů nelze popřít a každá z nich má svůj význam pro fungování desky plošných spojů.

 Substrát (základní materiál)

Základní materiály se obvykle dodávají s epoxidovou pryskyřicí a používají se se směsí měděné fólie.

Substráty desek plošných spojů nebo základní materiály jsou hlavními součástkami desek plošných spojů, na kterých jsou konfigurovány všechny ostatní součástky desek plošných spojů. Fungují jako základna obvodů a poskytují nezbytnou mechanickou oporu pro součástky připojené na desce.

Různé základní materiály mají vlastnosti, které pomáhají zajistit spolehlivost desky a její dobrý výkon v připojených zařízeních. Správné použití základních materiálů tedy definuje přesný výkon struktury desky.

Podkladové materiály také pomáhají zjistit fyzikální vlastnosti desky. Například pokud se pro zvýšení odolnosti desky používají pevné materiály, pak flexibilní základna desku činí pružnou a snadno se ohýbá.

 Měděná vrstva

Na podkladové materiály se nanášejí měděné vrstvy. V závislosti na typu desek plošných spojů se měděný povlak nanáší u jednostranných desek na jednu stranu a u vícevrstvých desek na více než jednu stranu.

Tyto měděné vrstvy se používají k přenosu elektrických signálů nebo proudů mezi různými součástkami zapojenými na deskách, jako jsou tranzistory, diody, induktory atd. Po přijetí signálů z těchto vrstev připojené součástky vykonávají své příslušné funkce.

 Pájecí maska

Pájecí maska ​​je ochranná polymerní vrstva nanášená na měděné vrstvy. Je známá jako LPISM neboli tekutá foto-představitelná pájecí maska. Její hlavní funkcí je chránit měděné vrstvy před vzájemnou interakcí a izolovat je před způsobením zkratů.

Tato vrstva také chrání desky před různými faktory prostředí, jako je oxidace a tvorba pájecích můstků.

 Sítotisk

Sítotisk je vrstva vytvořená pomocí stop inkoustu, která pomáhá najít různá spojení součástek, části desek plošných spojů, symbolické znázornění součástek a další detaily souvisejících projektů.

Druhý název pro sítotisk je způsoben názvoslovím desky. Sítotisk se nanáší na stranu, kde jsou připojeny součástky, ale na některých deskách je vidět i na straně pájení.

 Vodivá dráha

Na povrch desky plošných spojů se na jedné nebo obou stranách nanášejí vodivé dráhy z mědi, dle návrhu. Na vodivé dráhy se nanáší pájecí maska, která chrání vodiče před vlivy prostředí.

Jaké jsou běžné materiály pro desky plošných spojů?

Existují různé typy materiálů používaných pro desky plošných spojů na bázi desek plošných spojů a požadavky projektu. Běžně používané materiály jsou.

 FR-4

FR4 je zkratka pro zpomalovač hoření, což je běžně používaný materiál pro desky plošných spojů. Jedná se o levný materiál s vysokou dielektrickou pevností a izolačními vlastnostmi.

FR4 je laminátová deska z epoxidu vyztuženého skelnými vlákny, která se vyznačuje odolností vůči povětrnostním vlivům a nehořlavostí. Poskytuje také vysokou pevnost v tahu.

Díky svým cenově dostupným vlastnostem je kompatibilní s různými výrobními procesy, které jsou preferovány pro výrobu desek.

Hodnota disipačního činitele pro tento materiál je přibližně 0.015 až 0.025 a hodnota dielektrické konstanty je 4.2 až 4.8. Tyto hodnoty se mohou lišit v závislosti na výrobních technikách.

Teplota skelného přechodu tohoto materiálu je 105-130 °C.

 Vysokoteplotní materiály

Vysokoteplotní materiály, známé také jako High Tg, jsou vyrobeny tak, aby zvládaly různé teplotní podmínky. Použitý typ materiálu se považuje za vysokoteplotní, pokud je hodnota Tg vyšší než 150 stupňů.

Nejčastěji používanými vysokoteplotními materiály pro desky plošných spojů jsou keramické substráty a polyimidy.

Vysokoteplotní hodnota pro polyimidový materiál je přibližně 280 °C až 350 °C. Mají také nižší koeficienty tepelné roztažnosti, které řídí delaminaci v době tepelného cyklování.

Hliník a nitrid hliníku jsou materiály na keramické bázi, které se používají k výrobě desek plošných spojů. Mají vysokou tepelnou vodivost, která pomáhá efektivně odvádět teplo a snižuje tvorbu tepla z připojených součástek na desce.

 Flexibilní materiály

Hlavním cílem flexibilních materiálů pro výrobu je jejich použití v aplikacích, kde pevné desky neposkytují flexibilní vlastnosti při zachování elektrických vlastností. Flexibilní materiály se proto používají v různých aplikacích, jako je letecký průmysl, zdravotnické prostředky atd. Nejběžnějším flexibilním materiálem je polyester.

Polyesterový materiál, známý také jako polyethylentereftalát (PET), se používá pro výrobu desek plošných spojů (PCB), protože poskytuje dobré elektrické vlastnosti a je odolný vůči korozi a vlhkosti.

 Materiály kovového jádra

Materiály s kovovým jádrem pro desky plošných spojů se používají místo materiálů FR4 v aplikacích, kde jsou vyžadovány dobré tepelné vlastnosti. Tyto materiály mají vlastnosti pro zvládání tepla generovaného při práci s různými vysoce výkonnými součástkami na desce, jako jsou LED světla, která produkují teplo během provozu pro zvládání tepelných účinků na použitá kovová jádra desek plošných spojů.

Nejčastěji používaným kovem pro kovové jádrové desky je hliník, ale v některých aplikacích se používá i měď. Hlavním využitím hliníku jako náhrady mědi je jeho nízká cena.

Kovové jádro odvádí teplo z kriticky připojených součástek do oblastí s nižším zahříváním. Povrch metalizovaných desek s jádrem je opatřen vodivými, tepelnými a kovovými substrátovými vrstvami.

Hlavní typy desek plošných spojů s kovovým jádrem jsou

·   Jednovrstvá MCPCB

·   COB MCPCB

·   Dvouvrstvá MCPCB

·   Oboustranná MCPCB

·   Vícevrstvé MCPCB

Jaké jsou vlastnosti materiálu PCB?

Zde jsou uvedeny hlavní vlastnosti, které je třeba zkontrolovat před výběrem materiálů pro desky plošných spojů.

Dielektrická konstanta

Dielektrická konstanta je faktor, který definuje vlastnosti vybraného materiálu pro ukládání energie ve formě elektrického pole.

Hodnota Dk je uvedena v číselné formě. Tento faktor ovlivňuje elektrické vlastnosti desky plošných spojů. Definuje hodnotu relativní permitivity materiálu použitého pro desky plošných spojů na základě vakua.

Materiál s nízkou dielektrickou hodnotou se používá pro vysokofrekvenční projekty pro rychlé šíření signálu.

Hodnota DK pro různé materiály je následující.

·   FR4: 4.2 až 4.8

·   Polyimid: 3.2 až 3.6

·   tekutokrystalický polymer (LCP): 2.9.

Ztrátový faktor

Tento faktor vysvětluje ztráty elektrické energie v materiálu a je také známý jako tangens ztrát. Vysvětluje akumulaci energie v materiálu. Tento faktor se uvažuje pro RF obvody. Hodnota disipačního činitele pro materiály FR4 je 0.015.

Tepelná vodivost

Tepelná vodivost materiálů je zásadním faktorem pro projekty, kde se používají vysoce výkonné komponenty.

Protože se nevztahuje na schopnost materiálů odvádět teplo produkované připojenými součástkami na desce během provozu, je měřicí jednotkou tohoto faktoru watty na metr-kelvin (W/mk). Označuje se jako K nebo TC.

Je to hlavní faktor, který definuje vlastnosti odvodu tepla desek plošných spojů. Materiál s vysokou hodnotou TC odvádí více tepla a zajišťuje lepší funkčnost desek.

Hodnota tepelné vodivosti hliníku je přibližně 1 W/mK až 3 W/mK, takže má dobré tepelně vodivé vlastnosti. Pro srovnání, FR4 má nízkou tepelnou vodivost přibližně 0.3 W/mK, takže má potíže s odvodem tepla.

Mechanická pevnost

Vybrané materiály pro desky plošných spojů musí mít pro správnou funkci určité mechanické vlastnosti, jako je schopnost snadno zvládat namáhání, pružnost a tuhost.

Před výběrem materiálů zkontrolujte, zda snadno odolávají nárazům nebo vibracím, pokud se používají v aplikacích, kde je aplikován vysoký tlak a mechanické síly.

CTE

CTE je koeficient tepelné roztažnosti materiálů, které vykazují určité vlastnosti při zahřívání. Hodnota CTE musí být v omezeném rozsahu, aby se zabránilo poškození materiálů, protože pokud se materiály s rostoucí teplotou rychle roztahují, dojde k jejich poškození.

Elektrická pevnost

Schopnost materiálů zvládat elektrické členění se nazývá elektrická pevnost. Hodnota elektrické pevnosti se měří ve voltech.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Jak si vybrat správný materiál pro desky plošných spojů (PCB)?

Vybrané materiály pro desky plošných spojů mají správné vlastnosti pro odvod tepla, protože tato vlastnost je nejlepší pro delší provoz. Pokud vybrané materiály nejsou správně odváděny, teplo ovlivní činnost připojených součástek a sníží účinnost zařízení. Nejlepší technikou pro regulaci topného faktoru na deskách plošných spojů je použití chladičů nebo kovových materiálů, které dokáží odvádět teplo.

Materiálové náklady

Výrobní náklady na desku plošných spojů (PCB) se odvíjejí od vybraných materiálů pro desku. Cena materiálu se odvíjí od designu desky a jejího počtu vrstev. Pokud se pro výrobu desky používají speciální typy materiálů, náklady se také zvýší. Rostoucí počet vrstev na desce ji také prodražuje. Vysokofrekvenční materiály jsou drahé. Snažte se však používat kvalitní materiály, které pomohou vašemu projektu a připojeným zařízením fungovat déle.

Výrobní techniky

Výrobní techniky jsou také hlavními faktory pro použití kvalitního materiálu pro desky plošných spojů. Pro výrobu desek plošných spojů se běžně používají dvě techniky: technologie montáže do otvorů nebo technologie povrchové montáže (SMT). Vybrané materiály musí být s těmito metodami kompatibilní, aby poskytovaly dobré vlastnosti pro zvládání pnutí.

Desky plošných spojů (PCB) jsou nyní součástí téměř všech průmyslových odvětví na světě a používají se k výrobě různých typů projektů a zařízení. Proto je nutné zachovat spolehlivost desek plošných spojů. Pro spolehlivé a odolné desky plošných spojů je potřeba standardních a vysoce kvalitních materiálů, které snadno splní požadavky na desky plošných spojů pro speciální projekty. V deskách plošných spojů se používají různé typy materiálů, jako je FR4, který je nejběžnější, a další jsou polyimid, polyester a některé kovy. Kvalitní materiály musí mít vlastnosti, které poskytují dobrý tepelný výkon, mechanické vlastnosti a faktory odvodu tepla, a musí zvládat různé podmínky prostředí, jako jsou oxidační a korozní faktory. Materiál musí být šetrný k životnímu prostředí, neškodný pro člověka a snadno recyklovatelný. Výběr materiálů musí být založen na požadavcích projektu a obvodu.