PCB-dikte voor 1-6-laags printplaten: normen, tabel van oz naar mm en selectiegids

Leer meer over de dikte van printplaten.

De dikte van een printplaat (PCB) verwijst naar de totale hoogte van de printplaat, van de boven- tot de onderkant. Deze wordt bepaald aan de hand van de hoogte van het substraat en andere lagen, zoals koper, en andere coatings, zoals het soldeermasker en de zeefdruk. De dikte van een printplaat wordt doorgaans gemeten in millimeters of mils (duizendsten van een inch).

De meest voorkomende dikte van een printplaat is 1.57 mm of 62 mil. De typische tolerantie ligt rond de ±10% of ±0.1 mm, afhankelijk van het materiaal en de laagdikte. 1.57 mm is de industriestandaard geworden vanwege historische redenen, aangezien printplaten vroeger handmatig werden gemaakt zonder computerondersteunde ontwerpprogramma's. Toen de elektronica overstapte op transistortechnologie en geïntegreerde schakelingen, werden de printplaten ontworpen met behulp van breadboardtechnieken op houten werkbanken. Het hout aan de bovenkant werd vervolgens verwijderd en vervangen door bakeliet.

Hoewel een dikte van 1.57 mm de meest gebruikte standaard is geworden, is het zeker niet het enige alternatief dat fabrikanten aanbieden. Er is namelijk een breed scala aan standaarddiktes beschikbaar. Andere standaarddiktes worden doorgaans aangeboden in veelvouden van 1 mm of 1.5 mm, die ook in gestapelde vorm verkrijgbaar zijn bij fabrikanten, waaronder PCB-fabrikanten. Mechanische ontwerpers die met het metrische systeem werken, zullen merken dat de ronde eenheden van veelvouden van 1 mm een ​​goede keuze zijn voor ontwerpprojecten, omdat ze ook bekende toleranties hebben.

Bepaalde producttypen en PCB-ontwerpen houden zich niet aan standaard diktes voor de opbouw van de printplaat. Voorbeelden hiervan zijn flexibele printplaten en stijf-flexibele printplaten, printplaten met een keramische kern, printplaten met een metalen kern of metalen achterkant, printplaten met dikke diëlektrische lagen op de backplane, printplaten met meerdere diëlektrische lagen die achter elkaar zijn gelamineerd, printplaten met inktprinttechnologie en additief vervaardigde printplaten. Deze producttypen zouden theoretisch elke dikte kunnen hebben, mits het materiaal commercieel verkrijgbaar is. Aan de dunnere kant van het spectrum bevinden zich printplaten met inktprinttechnologie en flexibele printplaten, die doorgaans dunne substraten als basismateriaal gebruiken. Aan de andere kant van het spectrum bevinden zich backplanes die vaak zeer dik zijn, met name wanneer er connectoren met een hoge dichtheid op de dochterprintplaat worden gebruikt.

Omrekeningstabel koperdikte (oz-mm)

Het gewicht van koper bij de productie van printplaten wordt meestal uitgedrukt in ounces. De dikte die wordt verkregen door 1 ounce (of 28.35 gram) koper uit te spreiden over een oppervlakte van 1 vierkante voet is 1.37 mils of 0.0348 mm. Deze conventie is ontstaan ​​doordat leveranciers van koperfolie hun producten op deze manier aanduidden.

De omrekening tussen kopergewicht en werkelijke dikte volgt een consistente wiskundige relatie voor alle waarden. Hieronder vindt u een omrekeningstabel met de koperdikte in verschillende meeteenheden:

Het omrekenen tussen deze meeteenheden vereist eenvoudige formules. Om dikte in mils om te rekenen naar kopergewicht: Kopergewicht (oz) = Dikte (mils) / 1.37. Omgekeerd, om kopergewicht om te rekenen naar dikte in mils: Dikte (mils) = Kopergewicht (oz) × 1.37.

De meeste printplaten gebruiken een koperdikte van 1 ounce als standaardspecificatie. Als u bijvoorbeeld een dikte van 4 ounces wilt bepalen, vermenigvuldigt u de basiswaarde van 1 ounce met vier: 1.37 mil × 4 = 5.48 mils. Deze berekeningsmethode is van toepassing op elke koperdikte die u in uw ontwerpen tegenkomt.

Standaard PCB-dikte

Industriële specificaties definiëren diktebereiken op basis van het aantal printplaatlagen. Hoewel 1.57 mm nog steeds veel gebruikt wordt, ongeacht het aantal lagen, hebben verschillende printplaten hun eigen diktebereiken.

Dikte van een enkellaags printplaat

Een printplaat met één laag heeft een beperkt aantal opties voor het kernmateriaal, waardoor de keuzemogelijkheden voor de dikte van de printplaat beperkt zijn. Een printplaat met een zeer lage dikte heeft slechts één kernlaag en kan daarom maximaal twee koperlagen bevatten. Voor de meeste printplaten is de minimaal haalbare dikte 0.2 mm. Ultradunne toepassingen kunnen echter de mogelijkheid bieden om nog dunnere printplaten te produceren.

2-laags PCB-dikte

De meest voorkomende diktes van 2-laags printplaten liggen tussen 0.6 en 1.6 mm, hoewel ze ook in dikkere varianten zoals 2.0 mm en 2.4 mm geproduceerd kunnen worden. De meeste printplaatsubstraten hebben een uiteindelijke dikte van 1.6 mm (0.063 inch) voor 2-, 4- en 6-laags printplaten. Een typische 2-laags printplaat met een uiteindelijke dikte van 0.062" tot 0.063" heeft een kern van 0.057" en koperfolie op de buitenste lagen, die elk 0.0014" dik zijn.

4-laags PCB-dikte

De vierlaagse stackups hebben doorgaans een dikte tussen 0.8 mm en 2.4 mm. De standaarddikte is nog steeds 1.6 mm, hoewel 1.2 mm veel gebruikt wordt. In een typische vierlaagse stackup van 1.6 mm kan de kernlaag ongeveer 0.8 mm tot 1.0 mm dik zijn, waarbij de resterende dikte wordt gevormd door twee prepreg-lagen (bijvoorbeeld 0.4 mm + 0.4 mm of 0.3 mm + 0.3 mm). Een stackup van 0.062 inch kan bijvoorbeeld bestaan ​​uit een kern van 0.037 inch met twee prepreg-lagen van 0.0091 inch, of een kern van 0.047 inch met twee prepreg-lagen van 0.0075 inch. De werkelijke diktes variëren afhankelijk van het kopergewicht, de impedantie en de mogelijkheden van de fabriek.

6-laags PCB-dikte

De dikte van een 6-laags printplaat varieert doorgaans van 0.8 mm tot 3.2 mm, waarbij 1.6 mm de meest gebruikte standaard is. Verschillende diktes zijn geschikt voor verschillende toepassingen: 0.8 mm tot 1.0 mm voor dunne en lichte apparaten zoals laptops en tablets; 1.2 mm voor compacte behuizingen en modules; 1.6 mm voor algemene printplaten; 2.0 mm voor hogere mechanische sterkte of zwaardere componenten; en 2.4 mm voor toepassingen die extra stijfheid of hoogspanningsisolatie vereisen. Toleranties voor de dikte van printplaten volgen over het algemeen de industriestandaarden: ±10% voor printplaten van 1.0 mm en dikker, en ±0.1 mm voor printplaten dunner dan 1.0 mm. Hoewel dunnere printplaten minder materiaal gebruiken, zijn ze niet altijd goedkoper. Extreem dunne printplaten (bijvoorbeeld dunner dan 0.8 mm) vereisen een strengere procescontrole en hebben een hoger afvalpercentage, wat de kosten kan verhogen. Gangbare diktes zoals 1.0 mm en 1.2 mm hebben echter doorgaans dezelfde prijs als de standaard 1.6 mm.

Belang van de dikte van de printplaat

De keuze voor de juiste dikte beïnvloedt meerdere ontwerpaspecten, die verder gaan dan alleen de mechanische aspecten. De diktekeuzes die u maakt, hebben een domino-effect op elektrische, thermische en productievariabelen.

Prestaties van de apparaten

De signaalintegriteit wordt ook steeds gevoeliger voor de dikte bij hoge snelheden. Dikke printplaten zorgen voor een grotere afstand tussen de lagen en beïnvloeden het impedantiebeheer. De noodzaak van een uniforme impedantie van doorgaans 50 ohm bij hoge snelheden is belangrijk om gereflecteerde golven en gegevenscorruptie te voorkomen. Impedantie-mismatch ontstaat door veranderingen in de dikte van het diëlektricum, wat leidt tot signaalvervorming.

Eigenschappen met betrekking tot mechanische stabiliteit variëren sterk afhankelijk van de dikte. Een grotere dikte van printplaten verbetert de structurele sterkte, waardoor ze ideaal zijn voor de productie van grotere printplaten, printplaten met verbindingen die constant moeten worden ingebracht en printplaten die bestand zijn tegen extreme bedrijfsomstandigheden zoals die voorkomen in de auto-, industriële en ruimtevaartindustrie. Dunne printplaten bieden meer flexibiliteit en een laag gewicht, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van kleine apparaten en flexibele/stijve printplaten. Hoewel een dikte van 1.6 mm voldoende stabiliteit biedt tegen buigen, kunnen dunne printplaten zonder bescherming gemakkelijk barsten.

Productieproces

Standaard printplaten (PCB's) met een dikte van 1.6 mm zijn nog steeds het goedkoopst en het snelst te produceren; printplaten met een aangepaste dikte verhogen de kosten en de doorlooptijd. Dikkere printplaten vereisen nauwkeuriger gereedschap voor het boren van de gaten voor de via's en doorvoergaten. Niet-uniforme paneeldiktes of waarden buiten de verwachte toleranties zorgen voor een ongelijke druk op de printplaten tijdens het lamineren, wat kan leiden tot het loslaten van de laminaten of een slechte hechting tussen de lagen. De reflow-soldeerprofielen moeten worden aangepast aan de dikteverschillen tussen de printplaten; zo vereisen de reflow-condities voor een printplaat van 2.0 mm dik een langere voorverwarmingstijd dan die voor een printplaat van 1.0 mm dik.

Warmtedissipatie

Dikkere printplaten voeren meer warmte af, wat gunstig is voor vermogenselektronica-toepassingen. Een 2.0 mm dikke printplaat kan de componenttemperatuur verlagen in vergelijking met dunnere varianten, ervan uitgaande dat andere factoren gelijk blijven. De dikte van het koper is direct gerelateerd aan de thermische prestaties. Door de binnenste koperlaag te vergroten van 1 gram naar 2 gram kan de temperatuurstijging van de warmteafvoerende componenten met 50 °C tot 30-35 °C boven de omgevingstemperatuur dalen.

Kenmerken en toepassingen van verschillende PCB-diktes

De verschillende diktecategorieën voldoen aan uiteenlopende toepassingsvereisten op basis van ruimtebeperkingen, stroombehoefte en omgevingsomstandigheden.

Ultradunne printplaat

Ultradunne printplaten hebben een dikte van 0.2 tot 0.4 mm en zijn gemaakt van flexibele materialen zoals polyimiden. Hierdoor bieden ze een maximale flexibiliteit. Ultradunne printplaten zijn ideaal voor gebruik in wearables, medische apparaten en micro-elektronica, omdat ze weinig ruimte innemen. Sommige printplaten zijn slechts 0.1 mm dik. Smartphones, tablets en wearables profiteren van ultradunne printplaten omdat ze ruimte besparen en het gewicht verlagen. In smartwatches bijvoorbeeld, hebben de printplaten een dikte van 0.4 mm. Ook in medische apparaten en diagnostische instrumenten worden dunne printplaten gebruikt, bijvoorbeeld in katheters, pacemakers en endoscopen. Deze dunne printplaten kunnen echter wel gevoelig zijn voor buigspanning.

Middelgrote dunne printplaten

Printplaten met een gemiddelde dikte van 1.0 mm tot 1.2 mm zijn geschikt voor toepassingen die een gemiddelde duurzaamheid en 4 tot 6 lagen vereisen. Deze printplaten worden vaak gebruikt in industriële besturingssystemen en communicatieapparatuur. Ze bieden een verbeterde mechanische stabiliteit in vergelijking met dunnere varianten, terwijl ze toch redelijk compact blijven.

Dikkere PCB's

Printplaten met dik koper hebben een koperdikte van 100 tot 500 μm of meer, gedefinieerd als printplaten met een koperdikte van 70 μm (2 oz) of meer. Deze printplaten blinken uit in systemen voor het beheer van autobatterijen, stroomomvormers, inverters, luchtvaartelektronica, zonne-energie-omvormers en industriële automatisering. Hun hoge stroomcapaciteit en effectieve warmteafvoer maken ze geschikt voor systemen voor hernieuwbare energie en krachtige computersystemen in datacenters.  

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCB-basis is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Belangrijke factoren die de dikte van de printplaat beïnvloeden

Meerdere technische variabelen bepalen samen de uiteindelijke afmetingen van de printplaat. Inzicht in de bijdrage van elk onderdeel helpt u bij het nemen van weloverwogen ontwerpbeslissingen.

Laagstapelconfiguratie

De opbouwarchitectuur bepaalt hoe de kernen, koperlagen en prepreg worden samengevoegd. Tussen de twee ontwerpen, het asymmetrische en het symmetrische ontwerp met 4 lagen, kan het verschil in zowel printplaatdikte als stabiliteit aanzienlijk zijn.

Laag nummer

Extra lagen vergroten de totale afmetingen. Elke extra laag vereist extra kern- of prepregmateriaal, waardoor de totale dikte direct toeneemt. Van 2 naar 4 lagen gaat doorgaans 0.4 mm tot 0.8 mm omhoog.

Ondergronddikte

Het kernmateriaal vormt de basis van uw printplaat. FR-4-substraten zijn verkrijgbaar in verschillende diktes, waarbij elke fabrikant specifieke opties biedt die uw keuze in totale dikte beperken.

Prepreg-dikte

Bij het lamineren helpen de prepreg-lagen de kernen aan elkaar te lijmen. Prepregs zijn verkrijgbaar in veel verschillende diktes, waardoor je de afstand tussen de koperlagen nauwkeurig kunt afstellen en zo de impedantie kunt regelen.

Dikte soldeermasker

Het aanbrengen van soldeermasker voegt doorgaans 0.5-1.0 mil toe aan elke zijde. Hoewel dit een kleine hoeveelheid is, draagt ​​het bij aan de uiteindelijke afmetingen en moet het daarom worden meegenomen in de tolerantieberekening.

PCB-koperdikte

Het kopergewicht beïnvloedt de totale afmetingen. Standaard 1 ounce koper voegt 1.37 mils per laag toe, terwijl 2 ounce koper deze bijdrage verdubbelt, wat de totale dikte navenant beïnvloedt.

Signaal- en impedantievereisten

Voor snelle signaaloverdracht is een specifieke afstand tussen de diëlektrische lagen vereist om de minimale impedantiewaarde te handhaven die voor elke signaallaag is gespecificeerd. Vaak wordt de minimaal benodigde afstand tussen het signaalgebied en de referentievlakken bepaald door deze vereisten.

Werkomgeving

Robuuste mechanische eigenschappen worden vaak geassocieerd met een grotere materiaaldikte, omdat materialen bestand moeten zijn tegen een zware omgeving, terwijl draagbare elektronica juist dunnere materialen vereist om het gewicht te verminderen en de ruimte te optimaliseren.

Ontwerpspecifieke beperkingen

Er zijn echter bepaalde PCB-ontwerpen die hun eigen beperkingen met zich meebrengen, die van invloed zijn op de keuze van de dikte. Beperkingen zoals de hoogte van de gebruikte componenten, connectoren en het type via (blind, verzonken, enz.) kunnen het bereik van mogelijke diktes beperken. Bovendien kunnen bepaalde ontwerpen waarbij een hogere componentdichtheid vereist is, dunnere PCB's nodig hebben, terwijl ontwerpen met omvangrijke componenten juist dikkere PCB's vereisen.

Uitdagingen met betrekking tot de dikte van printplaten

Het produceren van printplaten die buiten de tolerantiespecificaties vallen, leidt tot problemen die verder gaan dan eenvoudige maatafwijkingen. Kromtrekking en de daarmee samenhangende kosten vormen de belangrijkste obstakels voor ontwerpers en fabrikanten.

Kromtrekkingsproblemen

Kromtrekken verwijst naar het buigen en verdraaien van printplaten ten opzichte van hun natuurlijke rechte vorm. De belangrijkste oorzaak van thermische spanningen die ontstaan ​​tijdens verschillende productieprocessen, zoals solderen en uitharden, is het verschil in uitzettingscoëfficiënt van de materialen. Bij reflow-solderen op 260 °C veroorzaakt het verschil in de gebruikte materialen voor FR-4-substraten interne spanningen als gevolg van de verschillende uitzettingscoëfficiënten. De onbalans in koper kan ook leiden tot verdere kromtrekking, omdat de zijde met meer koper een andere uitzettingscoëfficiënt heeft.

Elke vorm van kromtrekking heeft een aanzienlijke invloed op het productieproces. Zelfs een kromtrekking van slechts 0.1 mm op een printplaat van 100 mm breed kan leiden tot problemen met soldeerverbindingen en het correct monteren van componenten. Bij BGA-componenten resulteert elke kromtrekking van meer dan 0.75% van de diagonale afmeting van de printplaat in montagefouten. Pick-and-place-machines vereisen vlakke oppervlakken, waardoor elke vorm van kromtrekking leidt tot verkeerd uitgelijnde componenten.

Tolerantie en verborgen kosten

Afwijkingen van de vereiste diktetolerantie leiden tot hoge kosten. Kwaliteitsgebreken veroorzaken hogere arbeids- en materiaalkosten. Als er 100 eenheden worden geproduceerd voor $500 en de helft wordt afgekeurd vanwege tolerantieproblemen, dan verdubbelen de productiekosten per eenheid. Deze afwijkingen kunnen leiden tot vertragingen in de productielijn in sectoren zoals de auto- of luchtvaartindustrie, met boetes tot gevolg. Projecten die aanvankelijk $10,000 kosten, kunnen uiteindelijk $15,000 kosten.

Het negeren van toleranties leidt tot een lagere opbrengst. De opbrengst van een normaal productieproces ligt doorgaans rond de 95%, terwijl het negeren van toleranties deze kan verlagen tot slechts 80%. Bijvoorbeeld: bij projecten met een productie van 1,000 eenheden zou een verlaging van de opbrengst met 15% leiden tot een afname van 150 stuks.

Hoe kies je de juiste PCB-dikte?

Het afwegen van tegenstrijdige ontwerpeisen vereist een methodisch selectieproces. Door een gestructureerde aanpak te volgen, zorgt u ervoor dat de gekozen dikte zowel de prestatiedoelen als de productiemogelijkheden ondersteunt.

Definieer de toepassings- en prestatiebehoeften.

Bepaal eerst de specificaties voor prestaties, gebruiksscenario en belasting van de componenten op uw printplaat. Voor consumentenelektronica is 1.6 mm koper beter geschikt, omdat dit een goede balans biedt tussen productie-efficiëntie en duurzaamheid. Toepassingen met een hoog vermogen vereisen dikker koper, zoals 2 oz of meer, om een ​​effectieve warmteafvoer te garanderen. Toepassingen met hoge frequenties vereisen daarentegen dunne printplaten om de snelheid te verhogen en transmissieverlies te verminderen.

Evalueer de specificaties van componenten en assemblages.

Connectoren aan de rand van de printplaat vereisen een specifieke dikte voor bepaalde connectormodellen. De connector zelf heeft geen grote invloed op de lay-out, maar aanpassingen moeten wel rekening houden met wijzigingen aan de printplaat zelf. Controleer de compatibiliteit met geautomatiseerde assemblageapparatuur, aangezien sommige productielijnen beperkingen hebben met betrekking tot de dikte van de printplaat.

Beoordeel de signaalintegriteit en impedantie.

De dikte van de printplaat kan de impedantie van de sporen beïnvloeden, wat een belangrijke factor is bij snelle (of RF) ontwerpen. Het diëlektrische materiaal kan de signaalintegriteit verbeteren, maar een dikker diëlektricum vereist bredere sporen om een ​​gecontroleerde impedantie te behouden.

Beoordeling van maakbaarheid en normen

Gangbare diktes zoals 1.0 mm en 1.6 mm kunnen door de meeste productiebedrijven zonder problemen worden verwerkt. Ultradunne platen van minder dan 0.40 mm en extra dikke platen van meer dan 2.0 mm vereisen echter mogelijk gespecialiseerde machines. Daarom is 1.60 mm de meest kosteneffectieve optie, omdat deze dikte algemeen verkrijgbaar is en op een efficiënte productielijn kan worden geproduceerd.

Optimaliseer kosten en doorlooptijd

Standaarddiktes vereisen een kortere levertijd omdat het materiaal direct beschikbaar is. Niet-standaarddiktes leiden tot hogere materiaalkosten en kunnen zelfs instelkosten met zich meebrengen. Het is raadzaam om standaarddiktes aan te houden om onnodige kosten te vermijden.

Conclusie

De keuze van de PCB-dikte beïnvloedt elk aspect van het ontwerpproces, inclusief signaalprestaties, thermische prestaties, productiekosten en assemblage-efficiëntie. Zoals we hierboven hebben gezien, is een dikte van 1.6 mm voldoende voor de meeste toepassingen, met de mogelijkheid tot flexibiliteit wanneer andere omstandigheden daarom vragen. Bij de keuze van de PCB-dikte moet altijd een balans worden gevonden tussen prestatiecriteria en productiecriteria. Factoren zoals de toepassingsomgeving, componenttypen en impedantie-eisen moeten in overweging worden genomen. Voor toepassingen met hoog vermogen werken dikkere koperlagen goed, terwijl dunnere printplaten de voorkeur genieten in apparaten met beperkte ruimte.

Veelgestelde vragen

Wat is de standaard PCB-dikte?

De meest gebruikte dikte van FR-4-substraten is 1.6 mm (ongeveer 62 mil). Deze specificatie wordt veel gebruikt in consumentenelektronica, slimme huistechnologieën en industriële besturingssystemen.

Wanneer moet ik kiezen voor een ultradunne printplaat van minder dan 0.6 mm?

De ultradunne printplaten kunnen worden gebruikt in toepassingen met beperkte ruimte of gewichtsbeperkingen, zoals smartphones, tablets, wearables, laptops, drones en robots. Het nadeel is echter dat ze niet voldoende mechanische sterkte bieden om zware componenten te dragen.

Heeft de dikte van de printplaat invloed op de kosten?

Ja, een grotere PCB-dikte leidt over het algemeen tot hogere kosten vanwege het hogere materiaalverbruik en de complexere productie.

Kan ik vrij een niet-standaard dikte kiezen?

Niet-standaard diktes vereisen aangepaste lagenopbouw, wat de opbrengst kan verlagen en de kosten kan verhogen. Het is altijd raadzaam om de produceerbaarheid met uw printplaatfabrikant te controleren voordat u diktes specificeert.

Wat is de gebruikelijke tolerantie voor de dikte van printplaten?

De tolerantie die de meeste PCB-fabrikanten hanteren voor standaarddiktes is ±10%. Bij extreem dunne platen (<0.6 mm) is de toegestane tolerantie ongeveer ±0.075 mm.

Welke dikte moet ik kiezen voor de edge-card connectoren?

Een dikte van 1.57–1.6 mm wordt doorgaans aanbevolen, tenzij anders vermeld in het specificatieblad van de connector, omdat dit een goed contact en een correcte insteekprestatie garandeert.