Измерение толщины печатной платы является одним из важнейших измерений в электронном производстве. Вы знаете, оно влияет на производительность устройства и стоимость производства. Давайте узнаем, что такое толщина печатной платы на самом деле.
Что такое стандартная толщина печатной платы?
Стандартная толщина печатной платы: двухслойная печатная плата
Хотя отраслевого стандарта на толщину печатных плат не существует, определенные значения толщины стали общепринятыми.
Большинство печатных плат имеют толщину 1.6 мм (0.063 дюйма). Это толщина по умолчанию для всего: от материнских плат компьютеров до бытовой техники.
Я уверен, вы задаетесь вопросом, почему 1.6 мм? Эта толщина обеспечивает хороший баланс между прочностью и гибкостью, не требуя слишком больших затрат. Инженеры знают, что это обеспечивает достаточную механическую прочность, не делая вещи слишком громоздкими.
Распространенные варианты толщины печатной платы
Итак, чаще всего вы увидите 1.6 мм. Это действительно распространенная толщина. Но поймите, у производителей печатных плат на самом деле есть куча других вариантов. Они предлагают эти дополнительные опции. Это помогает им удовлетворять особые потребности дизайна. Для сверхтонких вещей вы можете увидеть 0.4 мм. Это отлично подходит для гибкой электроники. Это также используется в крошечных вещах, таких как смартфоны. А есть еще 0.8 мм.
Вы часто найдете его в небольших гаджетах. Подумайте об умных часах. Некоторое медицинское оборудование также использует его. Если вы имеете дело с кредитными картами с чипами, 1.0 мм используется также для определенной портативной электроники. И многие повседневные потребительские устройства используют 1.2 мм. Это особенно актуально, когда экономия места имеет большое значение.
Конечно, 1.6 мм по-прежнему является стандартным. Все используют его для большинства обычных целей. Но что, если вам нужно что-то более прочное? Или, может быть, более жесткое? Производители предлагают 2.0 мм для немного большей жесткости. Выбирайте 2.4 мм, если вам нужна дополнительная прочность. А для действительно тяжелых работ вам понадобятся более толстые платы. Мы говорим о таких вещах, как 3.2 мм. Они предназначены для таких вещей, как блоки питания. Или больших промышленных машин, которые выдерживают удары. Так что, как видите, есть целый диапазон. Все зависит только от того, что нужно вашему проекту!
Во-вторых, нужно понимать, как толщина связана с конкретными применениями, например, насколько толстые печатные платы нужны для автомобилей. Между тем, тонкие печатные платы нужны для современных телефонов.
Расположение слоев печатной платы и его связь с толщиной
Толщина печатной платы коррелирует с количеством слоев и конструкцией стека. Это заметно в дизайне печатной платы.
Базовые двухслойные печатные платы имеют толщину от 2 мм до 1.0 мм. Стек-ап потрясающий: основной материал — FR-1.6, два медных слоя спаяны вместе, а шелкография находится снаружи.
Мы по-прежнему видим толщину печатной платы 1.6 мм для 4-слойного стека, но внутренняя структура становится более сложной. Есть несколько основных слоев, препреговых слоев и медных слоев.
В некоторых случаях может потребоваться стек 2.0 мм. Шестислойный стек становится более сложным, поэтому важна целостность сигнала.
Самая большая ошибка — когда дизайнеры выбирают количество слоев, не думая о том, как это меняет общую толщину. Хотя количество слоев и толщина связаны, это нелегко определить, поскольку производители могут регулировать толщину каждого слоя, чтобы она соответствовала толщине платы.
Факторы, влияющие на толщину при производстве печатных плат
Это проблема при изготовлении печатных плат разной толщины. Для тонких плат (менее 0.8 мм) коробление в процессе производства является проблемой. Убедитесь, что вы учитываете производственные ограничения в своей конструкции.
Толщина печатной платы также зависит от размера панели. Большинство производителей используют стандартные размеры панелей, такие как 18"x24" и 18"x21", поэтому толщина должна оставаться постоянной.
Основы в том, что более тонкие платы дороже в производстве, потому что они сложнее и с большей вероятностью могут выйти из строя. Не волнуйтесь из-за этого увеличения стоимости — обычно оно компенсируется преимуществами меньшего размера и меньшего веса.
Требования к толщине в зависимости от области применения
Для разных целей требуются разные материалы, поэтому думайте о том, что именно вы будете использовать, а не о том, какой должна быть толщина печатной платы.
Бытовая электроника
В потребительской электронике платы имеют толщину от 1.0 мм до 1.6 мм. Такая толщина хорошо подходит для смартфонов, планшетов и домашних развлекательных систем. Производители могут сделать свои продукты тонкими и легкими с помощью плат толщиной 1.0 мм. Ноутбуки и игровые системы, которым требуется большая прочность, могут использовать платы толщиной 1.6 мм. Инженеры также знают, что это отлично подходит для сбалансированного распределения тепла, поэтому они не перегреваются в компактных устройствах.
Автомобильная
Для автомобильных приложений вам понадобится 1.6–2.4 мм. Автомобили подвергают электронику экстремальным условиям: от вибраций двигателя до перепадов температур. Более толстые платы могут выдерживать эти нагрузки без трещин. Модули управления двигателем и системы безопасности нуждаются в дополнительной защите. Варианты 2.4 мм обеспечивают им дополнительную защиту. Кроме того, более толстые платы обеспечивают лучшее рассеивание тепла под капотом. Это помогает справляться с высокими токами, часто необходимыми в автомобильных приложениях.
Аэрокосмическая индустрия
Авиакосмическая промышленность может использовать специальные толщины, основанные на весе и требованиях к надежности. Космические корабли и самолеты требуют точности, но надежность не может быть поставлена под угрозу. Подумайте о том, как инженеры аэрокосмической отрасли уравновешивают эти конкурирующие требования, и вы получите представление о том, как инженеры это делают.
Платы некоторых спутниковых компонентов могут быть тоньше, чтобы сэкономить деньги на запуске, но платы критически важных для полета систем должны быть толще и надежнее. В этой отрасли часто требуются специальные толщины с использованием специальных материалов, которые могут выдерживать радиацию, вакуумные условия и перепады температур.
Медицинские приборы
В медицинских устройствах вам могут понадобиться сверхтонкие платы для имплантационной техники или стандартные платы для контрольного оборудования. Хорошей идеей будет проектировать тонкие платы (0.4–0.8 мм) для имплантируемых устройств, таких как кардиостимуляторы, чтобы уменьшить дискомфорт и улучшить биосовместимость. Будьте терпеливы при их проектировании, так как они требуют большой точности. Стандартная плата толщиной 1.6 мм используется для внешних медицинских мониторов в больницах. Потому что внутренние устройства должны быть миниатюризированы без ущерба для безопасности, а внешнее оборудование должно выдерживать чистящие химикаты и капли.
Промышленное оборудование
Для промышленного оборудования существуют более толстые платы (от 2.0 мм до 3.2 мм), поскольку заводские полы полны вибраций, пыли и химикатов. Эти толстые платы устойчивы к физическим повреждениям и обеспечивают устойчивость для более тяжелых компонентов, таких как силовые транзисторы и большие конденсаторы.
Они также достаточно толстые, чтобы не деформироваться под воздействием высоких температур. Надежные конструкции означают меньше отказов для производителей печатных плат, что важно для промышленных приложений, где простой обходится в тысячи в минуту.
У клиентов часто есть веские причины настаивать на определенных требованиях к толщине, основанных на их вариантах использования, поэтому это важно. Вы хотите, чтобы ваше устройство работало по плану, при этом соблюдая физические ограничения.
Тепловые аспекты и толщина печатной платы
Толщина печатных плат также может влиять на распределение тепла. Более толстые платы иногда могут лучше отводить тепло, что хорошо для силовой электроники. Более тонкие диэлектрические слои могут быть лучше для высокочастотного использования.
Современная электроника нагревается, и управление теплом важно для производительности и срока службы. Компании PCBA часто рекомендуют определенную толщину платы на основе тепловых факторов.
Если вы проектируете схемы большой мощности, тепловые испытания могут помочь вам определить, какая толщина платы подойдет лучше всего.
Механические характеристики и толщина печатной платы
Физические свойства напрямую зависят от толщины доски. Более толстые доски более жесткие и лучше выдерживают нагрузку, тогда как более тонкие доски более гибкие, но могут легче сломаться.
Важно найти правильный баланс между физическими потребностями и ограничениями пространства. Когда вы пытаетесь вставить печатную плату в крошечный корпус, она должна быть уверена, что не треснет.
При проектировании гибко-жестких печатных плат решающее значение имеет разница в толщине между жесткими и гибкими секциями. Руководства по таблицам толщины печатных плат могут помочь инженерам сориентироваться в этом переходе.
Целостность сигнала и контроль импеданса в зависимости от толщины печатной платы
Проблемы с целостностью сигнала растут по мере того, как печатные платы становятся тоньше, особенно в высокоскоростных конструкциях. Более тонкие печатные платы не всегда работают лучше для электрических характеристик.
Контролируемый импедансный след требует точной толщины диэлектрика между медными слоями. Это важно для сохранения качества сигнала и предотвращения перекрестных помех.
Выбирайте толщину платы на основе потребностей в электрических характеристиках и физических ограничений. Иногда немного более толстая плата может лучше справляться с контролируемыми импедансами, при этом оставаясь в пределах размеров платы.
Рекомендации по выбору подходящей толщины печатной платы
Начните с проверки конкретных потребностей вашего приложения:
● Ограничения физического пространства
● Ожидаемое механическое напряжение
● Требования к теплу
● Требования к электрическим характеристикам
● Объем производства и бюджет
В инженерии балансировка этих факторов требует опыта. Посмотрите, как толщина влияет не только на саму плату, но и на монтаж компонентов, конструкцию корпуса и размещение разъемов.
Может показаться, что вариантов бесконечное множество, но на самом деле использование стандартной толщины (особенно 1.6 мм) обычно обеспечивает наилучшую стоимость, производительность и простоту производства.
Если вы принимаете такие решения, не копируйте характеристики другого дизайна, не понимая, почему они были приняты.
Заключение
1.6 мм остается самой популярной толщиной печатной платы в различных отраслях. Понимание того, как соотносятся толщина, количество слоев и потребности приложения, является ключом к успеху проектирования печатной платы.
Выбор правильной толщины на раннем этапе проектирования может сэкономить вам деньги в дальнейшем. Производители печатных плат могут дать вам полезные советы по выбору толщины.
