Какие существуют типы материалов для печатных плат? | Геопространство

Какие существуют типы материалов для печатных плат?

Печатные платы или печатные платы являются основой современной бытовой и промышленной электроники. Они часто прячутся в защитных чехлах, но буквально поддерживают наши технологические системы. Но что такое печатные платы? Какие различные типы материалов для печатных плат? И почему печатные платы стали одной из доминирующих технологий нашей эпохи?

Что такое печатная плата?

Печатная плата содержит смесь проводящих и изолирующих или диэлектрических слоев. Печатная плата, которую мы видим, обычно создается путем травления открытых участков изоляционного слоя, чтобы обнажить проводник, такой как медь, под ним. Катушки индуктивности, резисторы, радиаторы и другие компоненты припаяны или присоединены к печатной плате.

Почему мы используем печатные платы?

Печатные платы устранили путаницу проводов, которые могли буквально пересечься или сломаться во время использования. Сборка электроники тоже была трудоемким процессом из-за того, сколько времени ушло на подключение всех проводов. В печатных платах цепи прокладываются между различными компонентами через проводящие дорожки на поверхности или внутренних слоях платы. Во многих случаях провода не требуются. Сборка дополнительно упрощается за счет того, что компоненты склеиваются и соединяются с дорожками схемы с помощью припоя; обычно используется для различных типов материалов для печатных плат.

Что такое слои печатной платы?

Теоретически простейшая печатная плата имеет три слоя. Проводящий слой, обычно сделанный из меди, заключен в два слоя прочных изолирующих диэлектрических материалов, таких как стекловолокно. Этот внешний слой называется механическим слоем.

Печатные платы начинаются с листа стекловолокна. Токопроводящие медные листы прикреплены к каждой стороне. На медном листе напечатан устойчивый к травлению рисунок проволоки. Вся остальная медь удаляется с платы. Это создает сплошную проводящую дорожку, которая будет соединять электрические компоненты на плате. Это гораздо быстрее создать, чем прокладывать проводку, и она будет защищена внутри слоев печатной платы. Паяльная маска наносится на места, где будут монтироваться различные компоненты. Медная дорожка может быть открыта или закрыта. Можно изготовить печатные платы с 10 и более слоями, хотя это резко увеличивает стоимость. Сверление отверстий или даже покрытие сквозных отверстий необходимо для соединения компонентов с внутренним слоем меди.

В зависимости от того, кого вы спросите, паяльная маска, используемая для крепления электрических компонентов к печатной плате, считается слоем печатной платы. Его применение, безусловно, является шагом в процессе сборки печатной платы. Шелкография относится к процессу нанесения печатного текста и этикеток на печатную плату. Это может быть что угодно, от маркировки производителя до маркировки компонентов, помогающей при сборке и возможном ремонте платы. Шелкотрафаретную печать следует выполнять после того, как слои ламинированного картона склеены и нагреты, чтобы связать их вместе, но перед окончательной отделкой или фрезерованием. Для этапа шелкографии требуются полиэфирные трафареты, растянутые поперек доски. Затем наносятся специальные чернила и затвердевают. Экраны из полиэстера удаляются и используются повторно. Однако не все печатные платы проходят шелкографию. Ведь можно выгравировать информацию на печатной плате лазером или просто наклеить на нее наклейку с серийным номером производителя.

Сколько существует различных типов печатных плат?

Существует семь основных типов печатных плат. Основные категории печатных плат определяются количеством слоев и степенью их гибкости.

Односторонние печатные платы или однослойные печатные платы имеют простейшую конструкцию печатной платы и простейший производственный процесс. Плата имеет один слой проводящего материала. Компоненты монтируются только на одной стороне платы. Это простой конвейерный процесс.

Двусторонние печатные платы имеют тонкий слой проводящего материала, такого как медь, нанесенный как на верхнюю, так и на нижнюю часть платы. В основном обрабатывается одна сторона. Затем доска переворачивается и обрабатывается другая сторона. На двухслойной печатной плате могут потребоваться отверстия для подключения компонентов с обеих сторон. Этот тип печатной платы стоит немного дороже, чем односторонняя плата, но он значительно уменьшает объем места, занимаемого печатной платой. Эти платы обычно используются в промышленных системах управления, сотовых телефонах и системах бесперебойного питания.

Многослойные печатные платы по определению имеют более двух слоев. Это означает, что он имеет как минимум три проводящих слоя. Их сложнее спроектировать и изготовить. Они обычно встречаются в системах GPS, спутниках и серверах.

Жесткая печатная плата относится к любой печатной плате, которую нельзя сгибать или скручивать. Они могут быть однослойными, двухслойными или иметь несколько слоев.

В гибких печатных платах или гибких схемах используется материал печатной платы, такой как полиимид, для создания печатной платы, которую можно сгибать или складывать. У них может быть любое количество слоев, но обычно это всего один или два.

Платы Rigid-Flex гибкие в одних областях и жесткие в других. Наиболее распространенная конфигурация имеет несколько гибких слоев печатной платы, закрепленных на жестком слое печатной платы. Часто это композитный материал. Этот дизайн регулярно используется в автомобилях, камерах и сотовых телефонах. Это снижает риск механического отказа из-за вибрации.

Печатные платы с алюминиевой подложкой настолько отличаются от стандартных печатных плат из стекловолокна и меди, что считаются отдельным классом продукции. Эти печатные платы обычно имеют алюминиевый сердечник в сочетании со стандартным FR-4. Эти печатные платы часто являются лучшим выбором для приложений с высокой мощностью, поскольку они могут хорошо рассеивать тепло. Алюминиевые печатные платы также могут выдерживать гораздо более высокие температуры и напряжения, чем стекловолокно. Вот почему они используются в контроллерах питания автомобильных двигателей и преобразователях переменного тока в постоянный. На плате по-прежнему используется медный слой, обычно электролитическая медная фольга, для соединения электрических компонентов. Алюминиевая подложка образует основной изолирующий слой.

Какие типы материалов используются для печатных плат?

Существует три основных типа материалов для печатных плат. Первый — металлический. Такие металлы, как медь, алюминий и железо, обычно используются в качестве проводящего слоя в печатных платах. Медь является наиболее популярной. Вот почему большинство печатных плат «покрыты медью». Каждый металл, выбранный для использования в печатных платах, поддерживает использование технологии поверхностного монтажа или компонентов поверхностного монтажа. Здесь вы наносите паяльную маску на металлические дорожки и нагреваете плату, чтобы припаять компоненты на место. Затем вы можете быстро проверить качество и протестировать собранную печатную плату.

Второй тип материала, используемого при производстве печатных плат, — это PTFE или тефлон. Это прочный, легкий и в некоторой степени гибкий материал. ПТФЭ предпочтительнее в приложениях с очень жесткими допусками, поскольку он не сильно расширяется при воздействии высоких температур. Еще одним преимуществом этого материала является его огнестойкость.

FR-4 представляет собой лист из армированного стекловолокном эпоксидного ламината. Это композит, изготовленный из тканого стекловолокна и связующего из огнестойкой эпоксидной смолы. FR-4 является наиболее часто используемым материалом в печатных платах. Большинство из нас видели зеленую плату FR-4, на которой установлены электрические компоненты, хотя она бывает и других цветов.

FR-4 — это обозначение класса NEMA для материала. Само FR означает огнестойкость. Большинство плит FR-4 содержат бром в составе эпоксидного ламината, помогающего тушить пламя. FR-4 в большинстве случаев заменяет плиты G-10, хотя G-10 будет использоваться, когда предпочтительнее термическое разрушение. Одним из преимуществ FR-4 является то, что он не впитывает влагу. Это также очень сильно.

Вместо него можно использовать полиимид. Это хороший выбор для гибких и жестких печатных плат. Полиимид стоит дороже, но это идеальный выбор для гибких датчиков и дисплеев. Они становятся все более популярными в планшетных компьютерах. Полиимиды термостабильны и могут работать при температурах до 260 градусов Цельсия. Они также часто являются хорошими теплопроводниками. Похожим, но менее часто используемым материалом является PEEK для различных типов материалов для печатных плат.

Как выбрать материал для печатной платы?

Учитывая различные типы материалов для печатных плат, как узнать, какие из них лучше всего подходят для вашего приложения? Быть реалистичным. Какой нагрузке будет подвергаться печатная плата? Насколько жарко будет? Каков запас прочности? Стоит платить больше за материалы, которые выдержат более высокие температуры и напряжения, если это предотвратит авиакатастрофу или опасный для жизни отказ медицинского устройства. Вот почему полиамиды используются в имплантатах и ​​протезах. Требуемые электрические свойства, безусловно, влияют на выбор материала для проводящего слоя.

Возможна печать гибких печатных плат. Они находят свое применение в многоразовых медицинских устройствах и одноразовых датчиках. В этом случае вам нужно что-то гибкое, безопасное для пациентов и не требующее больших затрат на производство.

Стоимость всегда является фактором, но она должна быть вторичной по отношению к критериям эффективности. Как правило, вы можете сэкономить деньги, выбрав материал, отвечающий минимальным требованиям к производительности для вашего приложения. Например, дешевые игрушки не должны соответствовать тем же строгим стандартам, что и материнская плата холодильника. Правила техники безопасности могут требовать использования антипирена в эпоксидной смоле или даже запрещать использование бромида в пользу другого антипирена на случай возгорания печатной платы.

Если вы хотите узнать больше о печатных платах, не стесняйтесь обращаться к профессионалам в Geospace Technologies. С 1980 года мы остаемся в авангарде инженерных и производственных инноваций. Свяжитесь с нами или отправьте форму о вашем запросе.

Основы печатных плат

Одним из ключевых понятий в электронике является печатная плата или печатная плата. Это настолько фундаментально, что люди часто забывают объяснить, что такое печатная плата. is. В этом учебном пособии будет рассмотрено, из чего состоит печатная плата, и некоторые общие термины, используемые в мире печатных плат.

На следующих нескольких страницах мы обсудим состав печатной платы, рассмотрим некоторую терминологию, рассмотрим методы сборки и кратко обсудим процесс проектирования, стоящий за созданием новой печатной платы.

Рекомендуемое чтение

Прежде чем начать, вы можете прочитать о некоторых концепциях, на которых мы основываемся в этом руководстве:

Переводы

Minh Tuấn был достаточно любезен, чтобы перевести это руководство на вьетнамский язык. Посмотреть перевод можно здесь.

Что такое печатная плата?

Печатная плата является наиболее распространенным названием, но ее также можно назвать «печатными монтажными платами» или «печатными монтажными платами». До появления печатных плат схемы конструировались с помощью трудоемкого процесса двухточечной проводки. Это приводило к частым отказам в местах соединения проводов и коротким замыканиям, когда изоляция проводов начинала стареть и трескаться.

->
любезно предоставлено пользователем Википедии Wikinaut

Существенным достижением стала разработка навивки проводов, при которой провод небольшого сечения буквально наматывается на столб в каждой точке соединения, создавая газонепроницаемое соединение, обладающее высокой прочностью и легко заменяемое.

По мере того, как электроника переходила от электронных ламп и реле к кремнию и интегральным схемам, размер и стоимость электронных компонентов начали уменьшаться. Электроника стала преобладать в потребительских товарах, и стремление уменьшить размер и стоимость производства электронных продуктов заставило производителей искать лучшие решения. Так родилась печатная плата.

ПХБ — это аббревиатура от печатная плата. Это доска с линиями и контактными площадками, которые соединяют различные точки вместе. На картинке выше есть дорожки, которые электрически соединяют различные разъемы и компоненты друг с другом. Печатная плата позволяет направлять сигналы и питание между физическими устройствами. Припой — это металл, который создает электрические соединения между поверхностью печатной платы и электронными компонентами. Будучи металлом, припой также служит сильным механическим клеем.

Состав:

Печатная плата похожа на слоеный пирог или лазанью — чередующиеся слои различных материалов, которые ламинируются вместе с помощью тепла и клея, так что в результате получается единый объект.

Давайте начнем с середины и будем двигаться дальше.

Основным материалом или подложкой обычно является стекловолокно. Исторически сложилось так, что наиболее распространенным обозначением этого стекловолокна является «FR4». Это твердое ядро ​​придает печатной плате жесткость и толщину. Существуют также гибкие печатные платы, изготовленные из гибкого высокотемпературного пластика (каптон или его аналог).

Вы найдете много печатных плат разной толщины; наиболее распространенная толщина продуктов SparkFun составляет 1.6 мм (0.063 дюйма). В некоторых наших продуктах — платах LilyPad и платах Arudino Pro Micro — используется плата толщиной 0.8 мм.

Более дешевые печатные платы и перфорированные платы (показаны выше) будут изготавливаться из других материалов, таких как эпоксидные смолы или фенольные смолы, которым не хватает прочности FR4, но они намного дешевле. Вы поймете, что работаете с этим типом печатной платы, когда будете припаивать ее — они имеют очень характерный неприятный запах. Эти типы подложек также обычно используются в бюджетной бытовой электронике. Фенольные смолы имеют низкую температуру термического разложения, из-за чего они расслаиваются, дымят и обугливаются, когда паяльник слишком долго держат на плате.

Следующий слой представляет собой тонкую медную фольгу, которая приклеивается к плате с помощью нагрева и клея. На обычных двухсторонних печатных платах медь наносится на обе стороны подложки. В недорогих электронных гаджетах печатная плата может иметь медь только с одной стороны. Когда мы обращаемся к двусторонний or 2-х слойная доска мы имеем в виду количество слоев меди (2) в нашей лазанье. Это может быть как 1 слой, так и 16 и более слоев.

Толщина меди может варьироваться и указывается по весу в унциях на квадратный фут. Подавляющее большинство печатных плат содержат 1 унцию меди на квадратный фут, но некоторые печатные платы, рассчитанные на очень большую мощность, могут использовать 2 или 3 унции меди. Каждая унция на квадрат соответствует примерно 35 микрометрам или 1.4 тысячным дюйма толщины меди.

Soldermask

Слой поверх медной фольги называется слоем паяльной маски. Этот слой придает печатной плате зеленый (или, в SparkFun, красный) цвет. Он накладывается на медный слой, чтобы изолировать медные дорожки от случайного контакта с другим металлом, припоем или проводящими битами. Этот слой помогает пользователю выполнять пайку в правильных местах и ​​предотвращать перемычки.

В приведенном ниже примере зеленая паяльная маска наносится на большую часть печатной платы, закрывая небольшие дорожки, но оставляя открытыми серебряные кольца и контактные площадки SMD, чтобы их можно было припаять.

Паяльная маска чаще всего имеет зеленый цвет, но возможен практически любой цвет. Мы используем красный цвет почти для всех плат SparkFun, белый — для платы IOIO и фиолетовый — для плат LilyPad.

Шелкография

Слой белой шелкографии наносится поверх слоя паяльной маски. Шелкография добавляет к печатной плате буквы, цифры и символы, которые упрощают сборку и индикаторы, чтобы люди лучше понимали плату. Мы часто используем трафаретные этикетки, чтобы указать, какова функция каждого контакта или светодиода.

Шелкография чаще всего белая, но можно использовать любой цвет чернил. Черные, серые, красные и даже желтые цвета шелкографии широко доступны; однако редко можно увидеть более одного цвета на одной доске.

Терминология

Теперь, когда у вас есть представление о структуре печатной платы, давайте определим некоторые термины, которые вы можете услышать при работе с печатными платами:

• Кольцевое кольцо – кольцо из меди вокруг металлизированного сквозного отверстия в печатной плате.

• DRC – проверка правил проектирования. Программная проверка вашего дизайна, чтобы убедиться, что он не содержит ошибок, таких как дорожки, которые неправильно соприкасаются, слишком тонкие дорожки или слишком маленькие отверстия.
• Удар сверла – места на конструкции, где должны быть просверлены отверстия, или там, где они действительно были просверлены на плате. Неточные удары сверла, вызванные тупыми битами, являются распространенной производственной проблемой.

• Палец – открытые металлические площадки по краю платы, используемые для создания соединения между двумя печатными платами. Типичными примерами являются компьютерные расширения или платы памяти, а также старые видеоигры на основе картриджей.
• Укусы мыши – альтернатива v-score для отделения досок от панелей. Ряд ударов сверла сгруппированы близко друг к другу, создавая слабое место, где доска может быть легко сломана постфактум. Хороший пример см. на платах SparkFun Protosnap.

Примечание: Ищете дополнительную информацию о mousebites и о том, как интегрировать ее в свои проекты? Попробуйте проверить сообщение в блоге ниже!