ضخامت استاندارد PCB: آنچه باید بدانید

اندازه‌گیری ضخامت PCB یکی از مهم‌ترین اندازه‌گیری‌ها در تولید قطعات الکترونیکی است. همانطور که می‌دانید، این امر بر عملکرد دستگاه و هزینه‌های تولید تأثیر می‌گذارد. بیایید یاد بگیریم که ضخامت PCB واقعاً چیست.

ضخامت PCB استاندارد چیست؟

ضخامت استاندارد PCB: دو لایه PCB روی هم چیده شده

اگرچه هیچ استاندارد صنعتی برای ضخامت PCB وجود ندارد، اما ضخامت‌های خاصی رایج شده‌اند.

بیشتر بردهای مدار چاپی (PCB) ضخامت ۱.۶ میلی‌متر (۰.۰۶۳ اینچ) دارند. این ضخامت پیش‌فرض برای همه چیز، از مادربردهای کامپیوتر گرفته تا لوازم خانگی، است.

مطمئنم از خودتان می‌پرسید چرا ۱.۶ میلی‌متر؟ این ضخامت، تعادل خوبی بین استحکام و انعطاف‌پذیری بدون هزینه زیاد ارائه می‌دهد. مهندسان می‌دانند که این ضخامت، استحکام مکانیکی کافی را بدون حجیم کردن اجسام فراهم می‌کند.

گزینه‌های رایج ضخامت PCB

 بنابراین، شما معمولاً اغلب ۱.۶ میلی‌متر را می‌بینید. این ضخامت واقعاً رایج است. اما توجه داشته باشید که سازندگان PCB در واقع گزینه‌های دیگری نیز دارند. آنها این گزینه‌های اضافی را ارائه می‌دهند. این به آنها کمک می‌کند تا نیازهای طراحی خاص را برآورده کنند. برای قطعات بسیار نازک، ممکن است ۰.۴ میلی‌متر را ببینید. این برای لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر عالی است. همچنین در چیزهای کوچکی مانند تلفن‌های هوشمند استفاده می‌شود. سپس ۰.۸ میلی‌متر وجود دارد.

 این مورد را اغلب در گجت‌های کوچک‌تر پیدا خواهید کرد. به ساعت‌های هوشمند فکر کنید. برخی از تجهیزات پزشکی نیز از آن استفاده می‌کنند. اگر با کارت‌های اعتباری که تراشه دارند سر و کار دارید، از ۱.۰ میلی‌متر برای برخی از لوازم الکترونیکی قابل حمل نیز استفاده می‌شود. و بسیاری از دستگاه‌های مصرفی روزمره از ۱.۲ میلی‌متر استفاده می‌کنند. این امر به ویژه زمانی اهمیت دارد که صرفه‌جویی در فضا اهمیت زیادی داشته باشد.

البته، ۱.۶ میلی‌متر هنوز هم استاندارد است. همه برای اکثر کاربردهای معمولی از آن استفاده می‌کنند. اما اگر به چیزی محکم‌تر نیاز دارید چه؟ یا شاید سفت‌تر؟ سازندگان برای کمی استحکام بیشتر، ۲.۰ میلی‌متر را ارائه می‌دهند. اگر به دوام بیشتری نیاز دارید، ۲.۴ میلی‌متر را انتخاب کنید. و برای کارهای واقعاً سنگین، از تخته‌های ضخیم‌تر استفاده کنید. ما در مورد چیزهایی مانند ۳.۲ میلی‌متر صحبت می‌کنیم. اینها برای چیزهایی مانند منبع تغذیه یا ماشین‌های صنعتی بزرگ هستند که ضربه می‌خورند. بنابراین، می‌بینید، طیف وسیعی وجود دارد. فقط به نیاز پروژه شما بستگی دارد!

ثانیاً، شما باید بفهمید که ضخامت چه ارتباطی با کاربردهای خاص دارد، مثلاً اینکه برای خودروها به PCB های ضخیم نیاز است. در همین حال، برای تلفن‌های مدرن به PCB های نازک نیاز است.

چیدمان لایه‌های PCB و رابطه آن با ضخامت

ضخامت یک برد مدار چاپی (PCB) به تعداد لایه‌ها و طراحی چیدمان آنها بستگی دارد. این موضوع در طراحی برد مدار چاپی قابل توجه است.

بردهای مدار چاپی دو لایه معمولی ضخامتی بین ۱.۰ تا ۱.۶ میلی‌متر دارند. ترکیب آنها فوق‌العاده است: جنس هسته از FR-2 است، با دو لایه مسی که به هم لحیم شده‌اند و چاپ سیلک اسکرین در قسمت بیرونی قرار دارد.

ما هنوز ضخامت PCB 1.6 میلی‌متری را برای یک پشته 4 لایه می‌بینیم، اما ساختار داخلی پیچیده‌تر می‌شود. چندین لایه هسته، لایه‌های پیش‌آغشته و لایه‌های مسی وجود دارد.

برخی از کاربردها ممکن است به انباشت ۲.۰ میلی‌متری نیاز داشته باشند. انباشت شش لایه پیچیده‌تر می‌شود، بنابراین یکپارچگی سیگنال مهم است.

بزرگترین اشتباه زمانی است که طراحان تعداد لایه‌ها را بدون در نظر گرفتن اینکه چگونه ضخامت کلی را تغییر می‌دهد، انتخاب می‌کنند. در حالی که تعداد لایه‌ها و ضخامت به هم مرتبط هستند، تشخیص آن آسان نیست زیرا سازندگان می‌توانند ضخامت هر لایه را به طور همزمان تنظیم کنند تا با ضخامت تخته مطابقت داشته باشد.

ملاحظات تولید PCB برای ضخامت

این یک چالش هنگام ساخت بردهای مدار چاپی با ضخامت‌های مختلف است. برای بردهای نازک (زیر 0.8 میلی‌متر)، تاب برداشتن در حین تولید یک مشکل است. مطمئن شوید که محدودیت‌های تولید را در طراحی خود در نظر گرفته‌اید.

ضخامت برد مدار چاپی (PCB) همچنین تحت تأثیر اندازه پنل قرار دارد. اکثر سازندگان از اندازه‌های استاندارد پنل مانند ۱۸ در ۲۴ اینچ و ۱۸ در ۲۱ اینچ استفاده می‌کنند، بنابراین ضخامت باید ثابت بماند.

اصول اولیه این است که تخته‌های نازک‌تر هزینه ساخت بیشتری دارند زیرا پیچیده‌تر هستند و احتمال خرابی آنها بیشتر است. از این افزایش هزینه نترسید - معمولاً با مزایای اندازه کوچکتر و وزن سبک‌تر، این افزایش هزینه جبران می‌شود.

الزامات ضخامت خاص برنامه

کاربردهای مختلف، نیازهای متفاوتی دارند، بنابراین به آنچه استفاده خواهید کرد فکر کنید، نه به ضخامت PCB مورد نظر.

فروش الکترونیک

در لوازم الکترونیکی مصرفی، بردها ضخامتی بین ۱.۰ میلی‌متر تا ۱.۶ میلی‌متر دارند. این ضخامت‌ها برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و سیستم‌های سرگرمی خانگی به خوبی کار می‌کنند. تولیدکنندگان می‌توانند محصولات خود را با بردهای ۱.۰ میلی‌متری باریک و سبک نگه دارند. لپ‌تاپ‌ها و سیستم‌های بازی که به استحکام بیشتری نیاز دارند می‌توانند از بردهای ۱.۶ میلی‌متری استفاده کنند. مهندسان همچنین می‌دانند که این ضخامت برای متعادل کردن توزیع گرما عالی است، بنابراین در دستگاه‌های جمع‌وجور بیش از حد گرم نمی‌شود.

خودرو

برای کاربردهای خودرو، به ۱.۶ میلی‌متر تا ۲.۴ میلی‌متر نیاز خواهید داشت. خودروها قطعات الکترونیکی را در شرایط سختی قرار می‌دهند، از لرزش موتور گرفته تا نوسانات دما. بردهای ضخیم‌تر می‌توانند بدون ترک خوردن در برابر این تنش‌ها مقاومت کنند. ماژول‌های کنترل موتور و سیستم‌های ایمنی به محافظت بیشتری نیاز دارند. گزینه‌های ۲.۴ میلی‌متری محافظت بیشتری به آنها می‌دهند. علاوه بر این، بردهای ضخیم‌تر اتلاف حرارت بهتری را در زیر کاپوت فراهم می‌کنند. این برد به مدیریت جریان‌های بالا که اغلب در کاربردهای خودرو مورد نیاز است، کمک می‌کند.

هوافضا

هوافضا ممکن است بر اساس وزن و نیازهای مربوط به قابلیت اطمینان، از ضخامت‌های ویژه استفاده کند. فضاپیماها و هواپیماها به دقت نیاز دارند، اما قابلیت اطمینان را نمی‌توان به خطر انداخت. به این فکر کنید که مهندسان هوافضا چگونه این خواسته‌های رقابتی را متعادل می‌کنند، و ایده‌هایی در مورد نحوه انجام این کار توسط مهندسان به دست خواهید آورد.

بردهای برخی از اجزای ماهواره می‌توانند برای صرفه‌جویی در هزینه پرتاب، نازک‌تر باشند، اما بردهای سیستم‌های حیاتی پرواز باید ضخیم‌تر و قابل اطمینان‌تر باشند. در این صنعت، اغلب به ضخامت‌های سفارشی با مواد ویژه‌ای که می‌توانند تابش، شرایط خلاء و نوسانات دما را تحمل کنند، نیاز است.

تجهیزات پزشکی

در دستگاه‌های پزشکی، ممکن است برای فناوری ایمپلنت به بردهای بسیار نازک یا برای تجهیزات مانیتورینگ به بردهای استاندارد نیاز داشته باشید. ایده خوبی است که برای دستگاه‌های قابل کاشت مانند ضربان‌سازها، بردهای نازک (0.4-0.8 میلی‌متر) طراحی کنید تا ناراحتی را کاهش داده و زیست‌سازگاری را بهبود بخشید. در طراحی این بردها صبور باشید، زیرا به دقت زیادی نیاز دارند. یک برد استاندارد 1.6 میلی‌متری برای مانیتورهای پزشکی خارجی در بیمارستان‌ها استفاده می‌شود. زیرا ابزارهای داخلی باید بدون به خطر انداختن ایمنی، کوچک شوند، اما تجهیزات خارجی باید مواد شیمیایی تمیزکننده و قطرات را تحمل کنند.

تجهیزات صنعتی

تخته‌های ضخیم‌تری (۲.۰ میلی‌متر تا ۳.۲ میلی‌متر) برای تجهیزات صنعتی وجود دارد زیرا کف کارخانه‌ها پر از لرزش، گرد و غبار و مواد شیمیایی است. این تخته‌های ضخیم در برابر آسیب‌های فیزیکی مقاوم هستند و پایداری را برای اجزای سنگین‌تر مانند ترانزیستورهای قدرت و خازن‌های بزرگ فراهم می‌کنند.

آنها همچنین به اندازه کافی ضخیم هستند تا از تاب برداشتن در دماهای بالا جلوگیری کنند. طراحی‌های مستحکم به معنای خرابی کمتر برای تولیدکنندگان PCB است، که برای کاربردهای صنعتی که خرابی هزاران دلار در دقیقه هزینه دارد، اهمیت دارد.

مشتریان اغلب دلایل خوبی برای اصرار بر الزامات ضخامت خاص بر اساس موارد استفاده خود دارند، به همین دلیل است که این موضوع اهمیت دارد. شما می‌خواهید دستگاه شما طبق برنامه‌ریزی کار کند و در عین حال محدودیت‌های فیزیکی را نیز برآورده سازد.

ملاحظات حرارتی و ضخامت PCB

ضخامت PCB ها نیز می تواند بر مدیریت گرما تأثیر بگذارد. بردهای ضخیم تر گاهی اوقات می توانند گرما را بهتر منتقل کنند، که برای الکترونیک قدرت خوب است. لایه های دی الکتریک نازک تر ممکن است برای کاربردهای فرکانس بالا بهتر باشند.

لوازم الکترونیکی مدرن داغ می‌شوند و مدیریت گرما برای عملکرد و طول عمر مهم است. شرکت‌های PCBA اغلب ضخامت‌های خاصی از برد را بر اساس عوامل گرما توصیه می‌کنند.

اگر در حال طراحی مدارهای پرقدرت هستید، آزمایش حرارتی می‌تواند به شما در تعیین ضخامت مناسب برد کمک کند.

ملاحظات مکانیکی و ضخامت PCB

خواص فیزیکی مستقیماً تحت تأثیر ضخامت تخته قرار می‌گیرند. تخته‌های ضخیم‌تر سفت‌تر هستند و می‌توانند فشار را بهتر تحمل کنند، در حالی که تخته‌های نازک‌تر انعطاف‌پذیرتر هستند اما راحت‌تر می‌شکنند.

یافتن تعادل مناسب بین نیازهای فیزیکی و محدودیت‌های فضا بسیار مهم است. وقتی می‌خواهید یک برد مدار چاپی را در یک کیس کوچک قرار دهید، باید مطمئن شوید که نمی‌شکند.

هنگام طراحی بردهای مدار چاپی انعطاف‌پذیر-صلب، تفاوت ضخامت بین بخش‌های صلب و انعطاف‌پذیر بسیار مهم است. راهنماهای نمودار ضخامت برد مدار چاپی می‌توانند به مهندسان در جهت‌یابی در این گذار کمک کنند.

یکپارچگی سیگنال و کنترل امپدانس در مقابل ضخامت PCB

با نازک‌تر شدن بردهای مدار چاپی، به خصوص در طراحی‌های پرسرعت، مشکلات مربوط به یکپارچگی سیگنال افزایش می‌یابد. بردهای مدار چاپی نازک‌تر همیشه برای عملکرد الکتریکی بهتر عمل نمی‌کنند.

یک ردیابی امپدانس کنترل‌شده نیاز به ضخامت دی‌الکتریک دقیق بین لایه‌های مسی دارد. این امر برای حفظ کیفیت سیگنال و جلوگیری از تداخل سیگنال مهم است.

ضخامت برد را بر اساس نیازهای عملکرد الکتریکی و محدودیت‌های فیزیکی انتخاب کنید. گاهی اوقات، یک برد کمی ضخیم‌تر می‌تواند امپدانس‌های کنترل‌شده را بهتر مدیریت کند و در عین حال در ابعاد برد جای گیرد.

دستورالعمل‌هایی برای انتخاب ضخامت مناسب PCB

با بررسی نیازهای خاص برنامه خود، از جایی شروع کنید:

●      محدودیت‌های فضای فیزیکی

●      تنش مکانیکی مورد انتظار

●      الزامات حرارتی

●      نیازهای عملکرد الکتریکی

●      حجم تولید و بودجه

در مهندسی، ایجاد تعادل بین این عوامل نیاز به تجربه دارد. نگاهی به این بیندازید که ضخامت نه تنها بر خود برد، بلکه بر نصب قطعات، طراحی کیس و محل قرارگیری کانکتورها نیز تأثیر می‌گذارد.

ممکن است به نظر برسد که گزینه‌های بی‌پایانی وجود دارد، اما در واقعیت، پایبندی به ضخامت‌های استاندارد (به خصوص ۱.۶ میلی‌متر) معمولاً بهترین هزینه، عملکرد و سهولت تولید را ارائه می‌دهد.

اگر این تصمیمات را می‌گیرید، بدون درک دلیل ساخت یک طرح دیگر، مشخصات آن را کپی نکنید.

نتیجه

۱.۶ میلی‌متر همچنان محبوب‌ترین ضخامت PCB در صنایع مختلف است. درک ارتباط بین ضخامت، تعداد لایه‌ها و نیازهای کاربردی، کلید موفقیت در طراحی PCB است.

انتخاب ضخامت مناسب در مراحل اولیه طراحی می‌تواند در آینده در هزینه‌های شما صرفه‌جویی کند. تولیدکنندگان PCB می‌توانند نکات مفیدی در مورد انتخاب ضخامت به شما ارائه دهند.