Mistä piirilevyt on tehty? Piirilevyjen valmistajan opas levymateriaaleista

Kysy useimmilta insinööreiltä, mistä piirilevy on tehty, ja saat takaisin yhden sanan: lasikuitu. Tämä vastaus on oikea, mutta se kattaa vain ensimmäisen kerroksen pidemmästä tarinasta. Painettu piirilevy on huolellisesti suunniteltu pino materiaaleja, ja jokaisen on ansaittava paikkansa. Substraatti antaa levylle rungon ja sen sähköeristyksen, kupari kuljettaa virtaa, juotosmaski suojaa pintaa ja loppuviimeistely pitää kuparin juotettavana vuosia.

Olemme valmistaneet levyjä Guangden tehtaallamme vuodesta 2013 yksinkertaisista yksipuolisista paneeleista 32-kerroksisiin pinoihin, joten meillä on tapana vastata tähän kysymykseen valmistajan tavoin. Todellinen kysymys ei ole siitä, mistä piirilevy yleensä on tehty, vaan se, mikä materiaaliyhdistelmä kestää tuotteesi ympäristössä sen odotetun käyttöiän ajan.

Piirilevyn keskeiset ainesosat

Poista ammattikieltä ja melkein jokainen taulu on rakennettu samasta materiaaliluettelosta:

• Substraatti: eristävä pohja, yleensä kudottu lasikuitu, joka on sidottu epoksihartsilla.
• Kuparifolio: laminoitu alustalle ja syövytetty jälkiin, tyynyihin ja tasoihin.
• Pinnoitus: kuparia ja joskus tinaa tai kultaa, kerrostettu porattujen reikien sisään kerrosten yhdistämiseksi.
• Juotosmaski: värillinen pinnoite, joka peittää kaiken paitsi juottamiseen tarvittavat tyynyt.
• Silkkipaino: painettu teksti, joka tunnistaa komponentit ja viitetunnukset.
• Pintakäsittely: ohut metalli- tai orgaaninen kerros, joka estää paljaana olevaa kuparia hapettumasta.

Jokainen näistä materiaaleista voidaan vaihtaa, päivittää tai paksuntaa, ja jokainen vaihto muuttaa kustannuksia, valmistettavuutta ja kentän luotettavuutta samanaikaisesti.

Substraatti: lasikangas, hartsi ja vaihtoehdot

Vakio FR-4 alkaa kudotulla lasikankaalla. Kangas kyllästetään epoksihartsilla ja kovetetaan osittain prepreg-levyksi, sitten pinotaan ja puristetaan lämmön ja paineen alaisena, kunnes hartsi virtaa ja kovettuu. Tuloksena on jäykkä, mittapysyvä ja erinomainen eriste: lasi antaa mekaanista lujuutta, kun taas hartsi määrittää sähköisen ja lämpökäyttäytymisen.

Tästä lähtökohdasta perhe haarautuu nopeasti:

• FR-4 vakio-, korkea-Tg- ja halogeenivapaissa laatuluokissa, alan työhevonen.
• CEM-1 ja CEM-3, komposiittiepoksit, joissa ei-kudotut lasiytimet kustannusherkille tuotteille.
• FR-1 ja FR-2, paperipohjaiset laminaatit, joita käytetään erittäin edullisissa yksipuolisissa levyissä.
• Polyimidikalvo, joustava pohja FPC:lle ja jäykille-flex-malleille, jotka tarvitsevat taipumista.
• PTFE ja keraamitäytteiset hiilivetylaminaatit, jotka valitaan, kun signaalihäviön on pysyttävä alhaisena gigahertsitaajuuksilla.

Suurin osa tärkeistä kompromisseista perustuu hartsijärjestelmään kuparin sijaan. Lasittumislämpötila, hajoamislämpötila, dielektrisyysvakio ja kosteuden imeytyminen ovat kaikki peräisin laminaatin kemiasta.

Kaksipuolinen OSP-piirilevy FR4-piirilevyt käyttävät epoksihartsilasikuitulubstraattia, joka tarjoaa erinomaisen mekaanisen lujuuden, korkeiden lämpötilojen kestävyyden ja sähköeristysominaisuudet. He a... Näytä tuote →

Kaksipuolinen FR-4-levy OSP-viimeistelyllä on arjen esimerkki: vakiolaminaatti, vakiopaksuus ja viimeistely, joka sopii suuren volyymin reflow-juottoon ilman lisäkustannuksia.

Kupari: osa, joka kuljettaa virtaa

Kupari on toinen välttämätön ainesosa. Kalvo on määritelty painon mukaan, ja muunnos kannattaa muistaa: yksi unssi kuparia levitettynä yhdelle neliöjalalle on noin 35 mikronia paksu. Hienojakoiset digitaaliset mallit toimivat yleensä puolen unssin tai yhden unssin kalvolla, teholevyt nostavat jopa kaksi unssia ja raskaat kuparityöt kolme unssia ja enemmän.

Kuparia esiintyy useammissa paikoissa kuin näkyviä jälkiä. Valmistuksen aikana jokaiseen porattuun reikään galvanoidaan lisää kuparia yhtenäisen tynnyrin seinämän muodostamiseksi, ja ulkokerrokset kuviopinnoitetaan ennen syövytystä. Pinnoitteen laatu, ei vain sen paksuus, ratkaisee, kestääkö läpivienti toistuvasta lämpösyklistä.

Kun nykyiset vaatimukset kasvavat, vastaus on usein enemmän kuparia kuin enemmän lautapinta-alaa. Raskaat kuparirakenteet jakavat kuorman sisäkerroksille, mikä pitää lämpötilan nousun hallinnassa ilman ulkoista jäähdytyselementtiä.

14-kerroksinen kupari Paksut kuparipiirilevyt käyttävät erittäin paksua kuparifoliota, jonka paino vaihtelee välillä 3 unssia - 20 unssia, ja niissä on poikkeuksellinen virransiirtokapasiteetti (yli 100 A) ja korkean lämpötilan kestävyys... Näytä tuote →

Kun lasikuitu on väärä valinta

FR-4 vastaa useimpiin kysymyksiin, mutta kolme materiaaliperhettä ottaa vastuun, kun se ei pysty.

Metalli- ja kupariydinlevyt

Alumiinia käytetään pohjana, kun lämmön on poistuttava levystä nopeasti. Ohut dielektrinen kerros on sidottu alumiiniin, kuparipiiri on syövytetty päälle ja metallitausta toimii lämmönlevittäjänä. Kupariytimiset versiot menevät pidemmälle, ja niissä on erittäin korkea virrantiheys LED-valaistuksessa, moottorikäytöissä ja tehon muuntamisessa. Niin ohuena kuin se dielektrinen kerros on, sen on silti kestettävä täysi käyttöjännite, joten sen paksuus ja lämmönjohtavuus ovat ne kaksi numeroa, jotka kannattaa tarkistaa ensin.

Yksipuolinen alumiininen piirilevy Metallisubstraattien lämpöä johtavana ydinkerroksena käytetään alumiinia, kuparia ja muita metalleja. Erikoistunut eristävä eriste saavuttaa erinomaisen lämmönpoiston... Näytä tuote →

Keraamiset alustat

Alumiinioksidi ja alumiininitridi tuovat lämmönjohtavuuden, jota mikään polymeerilaminaatti ei pysty vastaamaan, sekä lämpölaajenemiskerroin, joka on lähellä piitä. Ne näkyvät suuritehoisissa LED-moduuleissa, RF-tehoportaissa ja antureissa, joiden on toimittava laajoissa lämpötilanvaihteluissa.

Joustavat kalvot

Polyimidi korvaa lasikankaan, kun levy joutuu taipumaan. Samat kupari- ja viimeistelysäännöt pätevät, vain pohja muuttuu ja sen mukana käsittelysäännöt kokoonpanon aikana.

Juotosmaski, silkkipaino ja pintakäsittelyt

Juotosmaski on epoksipohjainen pinnoite, joka levitetään levyn päälle ja sitten kovetetaan. Se estää juotteen muodostamasta siltoja tyynyjen väliin, suojaa alla olevaa kuparia kosteudelta ja lialta ja antaa levylle sen tutun värin. Vihreä on perinteinen, koska sillä on pisin kokemus kuvantamisesta ja tarkastuksista, mutta musta, sininen, punainen ja mattamusta ovat nykyään rutiinia. Silkkipainomuste on painettu maskin päälle komponenttien viittausten ja napaisuuden merkitsemiseksi, ja vaikka se ei kuljeta virtaa, se on ensimmäinen asia, johon kokoonpanokäyttäjä luottaa.

Pintakäsittely on viimeinen materiaalipäätös ja yksi merkittävimmistä. Kuumailmajuotteen tasoitus on edullinen vaihtoehto, OSP on orgaaninen ja haalistuu muutaman uudelleenvirtauksen jälkeen, ja ENIG tai immersiohopea tarjoaa tasaisen pinnan hienojakoisille osille. Kun lauta asetetaan ja poistetaan toistuvasti, kova kulta on vastaus. Kaikki viimeistelymme ovat saatavilla lyijyttömänä versiona.

Piirilevymateriaalit yhdellä silmäyksellä

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto materiaalijärjestelmät, joita rakennamme useimmiten ja mistä kukin on tehty.

Kuinka sovellus valitsee materiaalin

Materiaalin valinta on harvoin vapaa valinta. Se seuraa ympäristöä, jossa hallitus asuu.

Kuluttaja- ja kodinkoneet

Kun hinta hallitsee, normaali FR-4 tai CEM-3 HASL- tai OSP-viimeistelyllä riittää yleensä.

Autojen ja teollisuuden ohjaus

Tärinä, lämpökierto ja pitkä käyttöikä ajavat mallit kohti korkean Tg:n laminaatteja, paksumpaa kuparia ja pintakäsittelyjä, kuten ENIG, jotka kestävät toistuvan uudelleenvirtauksen.

Teho- ja suurtaajuusmallit

Lämmönhallinta ja signaalin eheys ovat etusijalla, mikä tarkoittaa metalliytimistä, keraamisia tai PTFE-pohjaisia materiaaleja paksumman lasilevyn sijaan.

Jos et ole varma, missä tuotteesi sijaitsee, on hyvä nähdä, kuinka samanlaisia ​​levyjä ollaan jo rakenteilla. Voit selata tukemamme sovellusalueet nähdäksesi jokaisessa segmentissä jo todistetut materiaaliyhdistelmät.

Käytännön huomautuksia myymälästä

Muutama asia, jonka kerromme asiakkaille, jotka valitsevat materiaaleja ensimmäistä kertaa:

1. Valitse viimeistely ennen kuin layout on jäätynyt, koska tyynyn geometria ja telttailu riippuvat siitä.
2. Sovita kuparin paino virtaan, ei tapaan, koska ylimitoitettu kupari lisää syövytyksen vaikeutta ja kustannuksia.
3. Kysy Tg:stä ajoissa, sillä korkean Tg:n laminaatti maksaa hieman enemmän ja poistaa koko luokan kenttävikoja.
4. Vahvista pinottava piirros ennen julkaisua, koska useimmat viiveet alkavat puuttuvana tai epäselvänä tasona.

Jos haluat syvemmän katsauksen laminaatin valinnan, kuparin painon ja viimeistelyn vuorovaikutukseen, tutustu oppaaseemme FR-4-, RF- ja metalliydinmateriaalien valinta käy läpi vertailut tarkemmin.

Mistä piirilevyt sitten on tehty? Lasikangas ja epoksihartsi, kuparifolio ja pinnoitetut tynnyrit, juotosmaski, painettu legenda ja loppuviimeistely, joka pitää kaiken juotettavina. Mielenkiintoinen osa ei ole itse luettelo, vaan tapa, jolla materiaalit sovitetaan työhön. Aseta ottelu oikein ja lauta tekee työnsä hiljaa vähintään vuosikymmenen ajan.