Kretskortstjocklek för 1–6 lagerskort: Standarder, oz till mm-diagram och urvalsguide

Lär dig om PCB-tjocklek

Kretskortstjocklek avser kortets totala höjd från dess övre yta till dess nedre yta. Den bestäms med hjälp av höjden på substratet och andra lager, som koppar, samt andra beläggningar, som lödmask och silkscreen. Kretskortstjocklek mäts vanligtvis i millimeter eller mils (tusendels tum).

Den vanligaste tjockleken på kretskortet är 1.57 mm eller 62 mil. Dess typiska tolerans ligger runt ±10 % eller ±0.1 mm, beroende på material och uppbyggnad. 1.57 mm har blivit branschstandard av historiska skäl då kretskortet tillverkades manuellt utan datorstödda designprogram. När elektroniken övergick till att använda transistorteknik och integrerade kretsar designades korten med hjälp av breadboard-tekniker på träbänkar, och träet på ovansidan togs bort och ersattes med bakelitplast.

Även om 1.57 mm tjocklek har blivit den vanligaste standarden, är det verkligen inte det enda alternativet som erbjuds av tillverkare, eftersom det finns ett brett utbud av standardtjockleksalternativ tillgängliga. Andra standardtjockleksökningar visas vanligtvis som multiplar på 1 mm eller 1.5 mm, vilka också finns tillgängliga i stapelform från tillverkningsföretag, inklusive kretskortstillverkare. Mekaniska konstruktörer som använder metriska system kommer att upptäcka att de runda enheterna med multiplar på 1 mm är ett bra val för designprojekt eftersom de också har välkända toleranser associerade med dem.

Vissa typer av produkter och kretskortsdesigner följer inte standardtjocklekar för stapling. Exempel inkluderar flexibla kretskort och styva flexibla kretskort, kretskort med keramisk kärna, kretskort med metallkärna eller metallbaksida, kretskort med tjocka dielektriska lager på bakplan, kretskort med många dielektrikum laminerade tillsammans sekventiellt, tryckt bläckelektronik och additivt tillverkade kretskort; dessa typer av produkter kan teoretiskt sett ha vilken tjocklek som helst, förutsatt att materialet för att producera dem är kommersiellt tillgängligt. I den tunnare änden av skalan finns tryckt bläckelektronik och flexibla kretskort, som vanligtvis använder tunna substrat som basmaterial. I den motsatta änden av skalan finns bakplan som ofta har mycket stora tjocklekar, särskilt när dotterkortskontakter med hög densitet används.

Omvandlingstabell för koppartjocklek (oz-mm)

Vikten av koppar vid produktion av kretskort anges vanligtvis i uns. Tjockleken som erhålls genom att sprida ut 1 oz (eller 28.35 gram) koppar över en yta på 1 kvadratfot är 1.37 mil eller 0.0348 mm. Denna konvention uppstod från hur kopparfolieleverantörer refererade till sina produkter.

Omvandlingen mellan kopparvikt och faktisk tjocklek följer ett konsekvent matematiskt förhållande för alla värden. Här är omvandlingsdiagrammet som visar koppartjockleken för olika måttenheter:

Att konvertera mellan dessa mått kräver enkla formler. För att konvertera tjocklek i mils till kopparvikt: Kopparvikt (oz) = Tjocklek (mils) / 1.37. Omvänt, vid omvandling av kopparvikt till tjocklek i mils: Tjocklek (mils) = Kopparvikt (oz) × 1.37.

De flesta kretskort använder 1 oz koppartjocklek som standardspecifikation. Om du till exempel behöver bestämma en tjocklek på 4 oz, multiplicera baslinjen på 1 oz med fyra: 1.37 mil × 4 = 5.48 mil. Denna beräkningsmetod gäller för alla kopparviktvärden du stöter på i dina konstruktioner.

Vanlig standard PCB-tjocklek

Branschspecifikationer definierar tjockleksintervall baserat på antalet kretskortslager. Även om 1.57 mm fortfarande används i stor utsträckning oavsett antalet lager, har olika kort sina egna tjockleksintervall.

Enkelskikts-PCB-tjocklek

Ett enskikts-PCB har ett begränsat antal kärnmaterialalternativ, vilket skapar begränsade valmöjligheter när det gäller korttjocklek. Ett kretskort med mycket låg tjocklek kommer bara att ha ett kärnlager; därför kommer det bara att kunna ha maximalt två kopparlager. För de flesta kretskort är den minsta uppnåeliga tjockleken för ett kretskort 0.2 mm. Ultratunna applikationer kan dock utöka möjligheten att producera ännu tunnare kort.

2-lagers PCB-tjocklek

De vanligaste tjocklekarna på 2-lagerskort ligger mellan 0.6 och 1.6 mm, även om de också kan tillverkas i tjockare alternativ som 2.0 mm och 2.4 mm. Majoriteten av kretskortssubstrat har en slutlig tjocklek på 1.6 mm (0.063 tum) för 2-, 4- och 6-lagerskort. Ett typiskt 2-lagerskort med en slutlig tjocklek på 0.062" till 0.063" har en kärna på 0.057" och kopparfolie på de yttre lagren som är 0.0014" tjocka vardera.

4-lagers PCB-tjocklek

Fyrlagersstaplingarna ligger vanligtvis mellan 0.8 mm och 2.4 mm. Standardtjockleken är fortfarande 1.6 mm, även om 1.2 mm används i stor utsträckning. I en typisk 1.6 mm fyrlagersstapling kan kärnlagret vara runt 0.8 mm till 1.0 mm, med den återstående tjockleken bestående av två prepreg-lager (t.ex. 0.4 mm + 0.4 mm eller 0.3 mm + 0.3 mm). Till exempel kan en 0.062" stapling använda antingen en 0.037" kärna med två 0.0091" prepreg-lager, eller en 0.047" kärna med två 0.0075" prepreg-lager. Faktiska tjocklekar varierar beroende på kopparvikt, impedans och vad fabriken kan göra.

6-lagers PCB-tjocklek

Tjockleken på ett 6-lagers kretskort varierar vanligtvis från 0.8 mm till 3.2 mm, där 1.6 mm är den vanligaste standarden. Olika tjocklekar passar olika tillämpningar: 0.8 mm till 1.0 mm för tunna och lätta enheter som bärbara datorer och surfplattor; 1.2 mm för kompakta kapslingar och moduler; 1.6 mm för kort för allmänna ändamål; 2.0 mm för högre mekanisk hållfasthet eller tyngre komponenter; och 2.4 mm för tillämpningar som kräver extra styvhet eller högspänningsisolering. Toleranser för kretskortstjocklek följer vanligtvis branschstandarder: ±10 % för kort 1.0 mm och tjockare, och ±0.1 mm för kort tunnare än 1.0 mm. Även om tunnare kort använder mindre material kostar de inte alltid mindre. Extremt tunna kort (t.ex. under 0.8 mm) kräver striktare processkontroll och har högre kassationsfrekvens, vilket kan öka kostnaden. Vanliga tjocklekar som 1.0 mm och 1.2 mm har dock vanligtvis samma pris som standard 1.6 mm.

Betydelsen av PCB-tjocklek

Att välja en lämplig tjocklek påverkar flera designdimensioner utöver grundläggande mekaniska överväganden. De tjockleksval du gör påverkas av elektriska, termiska och produktionsvariabler.

Enheternas prestanda

Signalintegriteten blir också alltmer känslig för tjocklek vid hantering av höga hastigheter. Tjocka kort säkerställer ett ökat avstånd mellan lager och hantering av stötimpedans. Behovet av en enhetlig impedans på vanligtvis 50 ohm vid arbete med höga hastigheter är viktigt för att undvika reflekterade vågor och datakorruption. Impedansavvikelser uppstår på grund av förändringar i den dielektriska tjockleken, vilket leder till signalförvrängning.

Egenskaper relaterade till mekanisk stabilitet varierar drastiskt beroende på tjockleksvariationer. Ökad tjocklek på kretskort förbättrar kortens strukturella hållfasthet, och denna egenskap gör sådana kort idealiska för tillverkning av kort med större storlekar, anslutningar som kräver konstanta infogningar och extrema driftsförhållanden som är vanliga inom fordons-, industri- och flygindustrin. Tunna kretskort erbjuder mer flexibilitet och låg vikt, och används därför vid tillverkning av små enheter och flexibla/styva kort. Medan 1.6 mm tjocklek ger stabilitet mot böjning, kan tunna kort lätt spricka utan skydd.

Tillverkningsprocess

Standardkretskort (PCB) med en tjocklek på 1.6 mm är fortfarande de billigaste och snabbaste att tillverka; kretskort med specialtjocklek ökar kostnaden och leveranstiden för tillverkningen. Tjockare kretskort kräver mer exakta verktyg för att borra hålen för viorna och genomgående hål. Ojämn paneltjocklek eller värden utanför förväntade toleranser skapar ojämnt tryck på korten under lamineringen, vilket leder till antingen separation av lamineringarna eller dålig limning mellan lagren. Reflow-lödprofilerna måste justeras för tjockleksskillnaderna mellan kretskorten; till exempel kräver reflow-förhållandena för ett 2.0 mm tjockt kretskort en längre förvärmningsperiod än för ett 1.0 mm tjockt kretskort.

Värmeavledning

Tjockare kort avleder mer värme, vilket gynnar kraftelektroniktillämpningar. Ett 2.0 mm tjockt kort kan minska komponenttemperaturerna jämfört med tunnare alternativ, förutsatt att andra faktorer förblir konstanta. Koppartjockleken korrelerar direkt med termisk prestanda. Att öka det inre kopparskiktet från 1 ml till 2 ml kan minska temperaturökningen från 50 °C till 30–35 °C över omgivningstemperaturen i effektförbrukande komponenter.

Egenskaper och tillämpningar av olika PCB-tjocklekar

Olika tjocklekskategorier uppfyller olika applikationskrav baserat på utrymmesbegränsningar, effektbehov och miljöförhållanden.

Ultratunn PCB

Ultratunna kort tillverkas med en tjocklek på 0.2–0.4 mm med flexibla material som polyimider. Som ett resultat säkerställer de högsta möjliga flexibilitet. Ultratunna kort är idealiska för användning i bärbara enheter, medicintekniska produkter och mikroelektronik eftersom de upptar en liten yta. Vissa kort är bara 0.1 mm tjocka. Smartphones, surfplattor och bärbara enheter kommer att finna att de ultratunna korten är fördelaktiga för att spara utrymme och göra dem lätta. Till exempel, i smartklockor, är deras kort gjorda av 0.4 mm tjocklek. På samma sätt använder medicintekniska produkter och diagnostik de tunna korten vid montering i katetrar, pacemakers och endoskop. De tunna korten kan dock vara känsliga för böjtryck.

Tunna kretskort i mellanklassen

Medeltjocklekar på 1.0 mm till 1.2 mm passar för tillämpningar som kräver måttlig hållbarhet och lagerantal på 4–6. Industriella styr- och kommunikationsenheter använder ofta dessa kort. De erbjuder förbättrad mekanisk stabilitet jämfört med tunnare alternativ samtidigt som de bibehåller rimlig kompakthet.

Tjockare kretskort

Tjocka kopparkretskort har en koppartjocklek på 100 till 500 μm eller mer, definierade som kort med en koppartjocklek på 70 μm (2 oz) eller mer. Dessa kort utmärker sig i batterihanteringssystem för bilar, strömförsörjningskonverterare, växelriktare, flygelektronik, solväxelriktare och industriell automation. Deras höga strömkapacitet och effektiva värmeavledning gör dem lämpliga för förnybara energisystem och högpresterande datoranvändning i datacenter.  

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCBasic är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.

Viktiga faktorer som påverkar PCB-tjocklek

Flera tekniska variabler kombineras för att bestämma de slutliga kretskortets dimensioner. Att förstå hur varje komponent bidrar hjälper dig att fatta välgrundade designbeslut.

Konfiguration av lagerstapling

Stack-up-arkitekturen avgör hur kärnor, kopparlager och prepreg ska monteras. Mellan de två konstruktionerna, den 4-lagers asymmetriska och symmetriska, kan skillnaden i både kortets tjocklek och stabilitet vara ganska stor.

Lagernummer

Ytterligare lager ökar de totala dimensionerna. Varje tillagt lager kräver extra kärna eller prepreg-material, vilket direkt ökar den totala tjockleken. Att gå från 2 till 4 lager lägger vanligtvis till 0.4 mm till 0.8 mm.

Substrattjocklek

Kärnmaterialet utgör grunden för din kretskort. FR-4-substrat finns i olika tjocklekar, där varje tillverkare erbjuder specifika alternativ som begränsar dina totala tjockleksval.

Prepreg-tjocklek

Vid laminering hjälper prepreg-lagren till att limma ihop kärnorna. Prepreg finns i många olika tjocklekar, vilket ger dig möjlighet att finjustera avståndet mellan kopparlagren och därigenom kontrollera impedansen.

Lödmaskens tjocklek

Lödmask resulterar vanligtvis i att man lägger till 0.5-1.0 mil för varje sida. Även om denna mängd är mycket liten, är det en beläggning som bidrar till de slutliga dimensionerna, så den måste inkluderas vid beräkning av toleranser.

PCB-koppartjocklek

Kopparvikten påverkar de totala måtten. Standard 1 ml koppar lägger till 1.37 mil per lager, medan 2 ml koppar fördubblar detta bidrag, vilket påverkar den totala tjockleken i motsvarande grad.

Signal- och impedanskrav

Drift med hög hastighet kräver specifika avstånd mellan dielektriska lager för att bibehålla det lägsta impedansvärdet som specificeras av varje signallager. Ofta dikteras det minsta avståndet som behövs mellan signalområdet och referensplanen av dessa krav.

Verksamhetsmiljö

Robusta mekaniska egenskaper är ofta förknippade med ökad materialtjocklek på grund av behovet av att motstå en tuff miljö, medan bärbar elektronik kräver tunnare material för att minska vikten och optimera utrymmesutnyttjandet.

Designspecifika begränsningar

Det finns dock vissa kretskortskonstruktioner som har sina egna begränsningar som påverkar valet av tjocklek. Begränsningar som höjden på de komponenter som används, kontakter och typen av vior som används (blind, nedgrävd, etc.) kan begränsa utbudet av möjliga tjocklekar. Dessutom kan vissa konstruktioner där en högre komponenttäthet krävs kräva tunnare kretskort, medan de med skrymmande komponenter skulle behöva tjockare.

Utmaningar i PCB-tjocklek

Att tillverka kretskort utanför toleransspecifikationerna skapar problem som sträcker sig bortom enkla dimensionsfel. Deformation och kostnadskonsekvenser är de främsta hindren som konstruktörer och tillverkare står inför.

Problem med warpage

Skevhet avser böjning och vridning av brädor från sin naturliga raka form. Den främsta orsaken till termiska spänningar som utvecklas under olika produktionsaktiviteter, såsom lödning och härdning, är olika materialutvidgningshastigheter. Vid reflowlödning som utförs vid 260 °C skapar skillnaden i material som används för FR-4-substrat intern spänning på grund av de olika expansionshastigheterna. Obalansen i koppar kan också leda till ytterligare skevhet eftersom den sida som har mer koppar skapar olika expansionshastigheter.

All form av skevhet påverkar produktionsprocessen avsevärt. Även om det bara finns en skevhet på 0.1 mm på ett 100 mm brett kort, blir lödfogar svåra att tillverka och korrekta komponenter kan inte monteras. När det gäller BGA-komponenter leder en skevhet som överstiger 0.75 % av kortets diagonalmått till monteringsfel. Pick-and-place-automater behöver plana ytor, och därför leder all form av skevhet till feljusterade komponenter.

Tolerans och dolda kostnader

Avvikelse från den erforderliga toleransen för tjocklek resulterar i höga monetära kostnader. Avvikelser i kvalitet leder till ökade kostnader för arbetskraft och material. Om 100 enheter produceras för 500 dollar och hälften kasseras på grund av tolerans, fördubblas kostnaden för att producera varje enhet i praktiken. Avvikelsen kan orsaka förseningar i produktionslinjen inom sektorer som bil- eller flygindustrin, vilket resulterar i böter. Projekt som initialt kostar 10 000 dollar kan sluta med att kosta 15 000 dollar.

Att ignorera toleranser kommer att resultera i minskad avkastning. Avkastningen för den normala produktionsprocessen ligger normalt runt 95 %, medan att ignorera toleransen sänker den till så lågt som 80 %. Till exempel, för projekt som involverar produktion av 1 000 enheter, skulle en minskning av avkastningen med 15 % minska avkastningen med 150 enheter.

Hur man väljer lämplig PCB-tjocklek

Att balansera konkurrerande designkrav kräver en metodisk urvalsprocess. Att följa en strukturerad metod säkerställer att ditt tjockleksval stöder både prestandamål och tillverkningsrealiteter.

Definiera applikations- och prestandabehov

Bestäm först specifikationerna för prestanda, användningsfall och belastning som krävs för ditt korts komponenter. Konsumentelektronik skulle vara bättre betjänt av att använda 1.6 mm eftersom det ger en bra balans mellan tillverkningseffektivitet och hållbarhet. Högpresterande användningsområden kräver tjockare koppar, såsom 2 oz eller högre, för att säkerställa effektiv värmeavledning. Å andra sidan kräver högfrekventa användningsområden tunna kretskort för att öka hastigheten och minska överföringsförluster.

Utvärdera komponent- och monteringsspecifikationer

Kortkantskontakter kräver en viss tjocklek för specifika kontaktmodeller. Kontakten påverkar inte layouten nämnvärt, men justeringar måste ta hänsyn till ändringar på själva kortet. Verifiera kompatibilitet med automatiserad monteringsutrustning, eftersom vissa linjer har begränsningar för korttjocklek.

Bedöm signalintegritet och impedans

Kretskortskortets tjocklek kan påverka spårens impedans, vilket är en viktig faktor i höghastighets- (eller RF-) konstruktioner. Det dielektriska materialet kan bidra till att förbättra signalens integritet, men ett tjockare dielektrikum kräver bredare spår för att bibehålla kontrollerad impedans.

Granska tillverkningsbarhet och standarder

Typiska tjocklekar som 1.0 mm och 1.6 mm bearbetas utan problem av de flesta tillverkningsanläggningar. Ultratunna skivor mindre än 0.40 mm och extra tjocka skivor större än 2.0 mm kan dock kräva specialmaskiner. Därför är 1.60 mm det mest kostnadseffektiva alternativet eftersom det är allmänt tillgängligt och kan produceras på en effektiv produktionslinje.

Optimera kostnad och ledtid

Standardtjocklekar kräver kortare ledtider eftersom materialet är lättillgängligt. Icke-standardtjocklekar resulterar i högre kostnader för materialet och kan till och med medföra vissa uppställningskostnader. Det är lämpligt att bibehålla standardtjocklekar för att undvika onödiga kostnader.

Slutsats

Valet av kretskortstjocklek kommer att påverka alla aspekter av designprocessen, inklusive signalprestanda, termisk prestanda, tillverkningskostnader och monteringseffektivitet. Som vi har sett ovan är en tjocklek på 1.6 mm tillräckligt bra för de flesta tillämpningar, tillsammans med möjligheten att vara flexibel när andra förhållanden kräver det. Valet av kretskortstjocklek måste alltid innebära en balans mellan prestandakriterier och tillverkningskriterier. Faktorer som applikationens miljö, komponenttyper och impedanskrav måste beaktas. För högeffektsapplikationer fungerar tjockare kopparlager bra, medan tunnare kort föredras i enheter med begränsat utrymme.

Vanliga frågor

Vad är standard PCB-tjockleken?

Den vanligaste tjockleken för FR-4-substrat är 1.6 mm (cirka 62 mil). Användningen av denna specifikation är ganska vanlig inom konsumentelektronik, smarta hemtekniker och styrsystem inom industrier.

När ska jag välja ett ultratunt kretskort under 0.6 mm?

De ultratunna kretskorten kan användas där det finns begränsat utrymme eller viktbegränsningar, såsom smartphones, surfplattor, bärbara datorer, drönare och robotar. Men nackdelen är att de inte erbjuder mycket mekanisk styrka för att motstå tunga komponenter.

Påverkar PCB-tjockleken kostnaden?

Ja, ökad PCB-tjocklek ökar generellt kostnaden på grund av högre materialanvändning och tillverkningskomplexitet.

Kan jag fritt välja en tjocklek som inte är standard?

Icke-standardiserade tjocklekar kräver anpassade konstruktioner, vilket kan minska utbytet och öka kostnaderna. Det rekommenderas alltid att du kontrollerar tillverkningsbarheten med din kretskortstillverkare innan du specificerar några tjocklekar.

Vad är den typiska toleransen för PCB-tjocklek?

Toleransen som tillåts av de flesta kretskortstillverkare för standardtjocklek är ±10 %. Om tjockleken är extremt tunn (<0.6 mm) skulle den tillåtna toleransen vara cirka ±0.075 mm.

Vilken tjocklek ska jag välja för kantkortskontakter?

En tjocklek på 1.57–1.6 mm rekommenderas vanligtvis om inget annat anges i kontaktens datablad, eftersom det säkerställer korrekt kontakt och insättningsprestanda.