V moderním elektronickém průmyslu jsou desky plošných spojů (PCB) klíčovými součástkami. Ať už se jedná o počítač, chytrý telefon, automobil nebo jakékoli jiné elektronické zařízení, desky plošných spojů se používají k podpoře a připojení elektronických součástek. Návrh a výroba desek plošných spojů hrají zásadní roli ve výkonu, spolehlivosti a funkčnosti elektronických zařízení. Výběr materiálu pro desky plošných spojů je jedním z klíčových rozhodnutí, která musí výrobci pečlivě zvážit během procesu návrhu a výroby. Různé materiály mají různé elektrické, mechanické a tepelné vlastnosti, které přímo ovlivňují funkčnost a spolehlivost desky plošných spojů. Proto je výběr nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů nezbytný k zajištění toho, aby deska plošných spojů splňovala požadovaný výkon v různých aplikačních scénářích. Tento článek si klade za cíl prozkoumat, jak si výrobci desek plošných spojů mohou vybrat nejlepší materiály pro desky plošných spojů. Začneme představením důležitosti materiálů pro desky plošných spojů a jejich vlivu na elektrický výkon, mechanický výkon a tepelný management.
Poté se ponoříme do klíčových faktorů, které je třeba zvážit při výběru materiálů pro desky plošných spojů. Nakonec poskytneme rady ohledně výběru materiálu a představíme případové studie zdůrazňující různé možnosti materiálů. Cílem tohoto článku je nabídnout výrobcům desek plošných spojů cenné rady a poznatky a pomoci jim při informovaném rozhodování o výběru materiálu.
Význam materiálů plošných spojů
Vliv materiálů desek plošných spojů na elektrický výkon
Materiály desek plošných spojů (PCB) jsou klíčovým faktorem při určování elektrického výkonu desky plošných spojů. Různé materiály mají odlišné elektrické vlastnosti, které mohou významně ovlivnit výkon obvodu. Dielektrická konstanta: Dielektrická konstanta materiálů desek plošných spojů určuje rychlost šíření signálů na desce. Nižší dielektrická konstanta znamená rychlejší šíření signálu, což je zásadní pro vysokofrekvenční aplikace. Výběr materiálů s nižšími dielektrickými konstantami může snížit zpoždění a zkreslení přenosu signálu. Ztrátový činitel: Ztrátový činitel měří, do jaké míry materiál tlumí signály. Nižší ztrátový činitel naznačuje, že materiál snižuje ztráty energie během přenosu signálu, a tím zachovává kvalitu a sílu signálu. Ve vysokofrekvenčních aplikacích může výběr materiálů s nižšími ztrátovými činiteli minimalizovat útlum signálu a šum. Elektrická izolace: Materiály desek plošných spojů musí vykazovat vynikající elektroizolační vlastnosti, aby byla zajištěna správná izolace mezi různými vrstvami nebo stopami obvodu na desce. Vysoce kvalitní izolační materiály zabraňují přeslechům signálu a zkratům obvodů, čímž zvyšují stabilitu a spolehlivost obvodu. Tepelná vodivost: Vliv materiálů desek plošných spojů na tepelnou vodivost nepřímo ovlivňuje elektrický výkon obvodu. Tepelná vodivost materiálu určuje, jak se teplo generované v obvodu rozptyluje a šíří. Efektivní tepelná regulace pomáhá předcházet přehřívání součástí a zajišťuje normální provoz a spolehlivost obvodu.Vliv materiálů desek plošných spojů na mechanické vlastnosti
Kromě elektrických vlastností ovlivňují materiály desek plošných spojů také významným způsobem mechanický výkon a spolehlivost desky plošných spojů. Pevnost a tuhost: Materiály desek plošných spojů musí mít dostatečnou pevnost a tuhost, aby odolaly namáhání a vibracím během montáže a používání. Vyšší pevnost a tuhost zabraňují deformaci, zlomení nebo poškození desky plošných spojů během provozu. Tepelná odolnost: Materiály desek plošných spojů by měly vykazovat vynikající tepelnou odolnost, aby se zachovala stabilita a spolehlivost desky plošných spojů ve vysokoteplotních prostředích. V určitých aplikacích, jako je automobilová elektronika a letectví, musí materiály desek plošných spojů odolávat extrémním teplotám. Chemická odolnost: Materiály desek plošných spojů by měly mít dobrou odolnost vůči běžným chemikáliím a prostředím. V některých aplikacích, zejména v průmyslovém nebo drsném prostředí, se deska plošných spojů může setkat s korozivními plyny, kapalinami nebo chemikáliemi. Výběr materiálů s vynikající chemickou odolností chrání desku plošných spojů před poškozením.Vliv materiálů desek plošných spojů na tepelný management
Tepelný management je klíčovým aspektem moderního návrhu elektronických zařízení a materiály desek plošných spojů v něm hrají významnou roli. Tepelná vodivost: Tepelná vodivost materiálů desek plošných spojů určuje rychlost šíření a odvodu tepla na desce plošných spojů. Vynikající tepelná vodivost pomáhá rychle přenášet teplo z komponent obvodu do okolního prostředí, čímž zabraňuje přehřátí komponent a zlepšuje celkovou tepelnou stabilitu systému. Koeficient tepelné roztažnosti: Koeficient tepelné roztažnosti materiálů desek plošných spojů se vztahuje k rozměrovým změnám materiálu s kolísáním teploty. Výběr materiálů s koeficientem tepelné roztažnosti odpovídajícím ostatním komponentům snižuje tepelné namáhání a riziko mechanického namáhání způsobeného tepelnou roztažností a smršťováním, čímž snižuje riziko tepelného selhání desky plošných spojů. Návrh odvodu tepla: Různé materiály desek plošných spojů se liší přizpůsobivostí návrhům a řešením odvodu tepla. U obvodů s vysokým výkonem může být nutné zvolit materiály s vyšší schopností odvodu tepla nebo implementovat techniky zvyšující teplo, jako jsou tepelné měděné podložky.Základní prvky materiálů plošných spojů
Materiály desek plošných spojů (PCB) jsou základními komponenty používanými při výrobě desek plošných spojů (PCB) a přímo ovlivňují výkon a spolehlivost desek. V této části se budeme zabývat základními prvky materiálů desek plošných spojů, včetně vodivosti, izolace a tepelných vlastností.
Vodivost:
Vodivost je klíčovou vlastností materiálů desek plošných spojů, protože určuje schopnost šíření signálů obvodem. Měděné fólie v deskách plošných spojů zajišťují vodivost především. Měděné fólie o tloušťce 1 až 3 unce se obecně široce používají ve vícevrstvých deskách plošných spojů. Silnější měděné fólie nabízejí nižší odpor a lepší vodivost. Použití vysoce vodivých měděných fólií však také zvyšuje výrobní náklady, proto je při výběru tloušťky měděných fólií nutné najít rovnováhu mezi cenou a výkonem.Izolace:
Izolace je další klíčovou vlastností materiálů desek plošných spojů, která zajišťuje, že signály v obvodu nebudou rušeny ani netěsné. Běžné materiály desek plošných spojů, jako je FR-4 (epoxidový laminát vyztužený skelnými vlákny), vykazují dobré izolační vlastnosti. Izolace se měří dielektrickou konstantou a disipačním činitelem materiálu. Dielektrická konstanta představuje vliv materiálu na rychlost šíření elektromagnetických vln, zatímco disipační činitel odráží jeho schopnost absorpce energie. Ve vysokofrekvenčních aplikacích by měly být voleny materiály s nižšími dielektrickými konstantami a disipačními činiteli, aby se minimalizovaly ztráty signálu a rušení.Tepelný výkon:
Tepelné vlastnosti materiálů desek plošných spojů (PCB) jsou zásadní pro spolehlivost a stabilitu obvodů. Zahrnují především tepelnou vodivost materiálu a teplotu skelného přechodu (Tg). Tepelná vodivost určuje, jak efektivně materiál přenáší teplo, a je obzvláště důležitá pro obvody vyžadující odvod tepla. Vyšší tepelná vodivost pomáhá udržovat stabilní teploty na desce plošných spojů. Tg označuje teplotu, při které materiál přechází ze skelného stavu do gumovitého stavu, což odráží jeho mechanickou pevnost a rozměrovou stabilitu při zvýšených teplotách. Materiály s vysokou Tg dokáží odolávat deformaci a selhání za podmínek vysokých teplot, což je činí vhodnými pro aplikace s vysokými teplotami. Kromě vodivosti, izolace a tepelných vlastností je třeba zvážit i další faktory, jako jsou mechanické vlastnosti, chemická odolnost, rozměrová stabilita a náklady. Výběr nejlepšího materiálu pro PCB by měl být založen na komplexním posouzení požadavků aplikace, výkonnostních metrik a nákladové efektivity. Průmyslové normy a technické informace poskytované dodavateli jsou pro výrobce cennými referencemi při výběru materiálů.Kritéria pro výrobce desek plošných spojů při výběru nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů
Výzkum a pochopení specifických požadavků aplikace Před výběrem nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů musí výrobci desek plošných spojů provést hloubkový výzkum a porozumět specifickým požadavkům aplikace. Zde je několik důležitých aspektů, které je třeba zvážit:Účel desek plošných spojů a provozní prostředí
Určete zamýšlené použití desky plošných spojů, například komunikační zařízení, lékařské vybavení, automobilovou elektroniku atd. Analyzujte podmínky prostředí, ve kterých bude deska plošných spojů fungovat, jako je teplota, vlhkost, korozivní plyny atd.Složitost obvodu a provozní frekvence
Pochopte složitost a hierarchickou strukturu obvodu, včetně požadovaného počtu vrstev a šířky/rozteče čar. Určete provozní frekvenční rozsah obvodu, protože vysokofrekvenční aplikace kladou vyšší nároky na elektrické vlastnosti materiálu. Kritické ukazatele elektrického a mechanického výkonu: Zvažte požadavky na elektrický výkon, jako je dielektrická konstanta, tangens ztrát, řízená impedance atd. Pochopte požadavky na mechanický výkon, jako je pevnost v ohybu, odolnost proti nárazu, rovinnost povrchu atd.Požadavky na spolehlivost
Určete požadavky na spolehlivost desky plošných spojů v rámci jejího očekávaného životního cyklu, jako je trvanlivost, stabilita a spolehlivé připojení. Zvažte požadavky na spolehlivost za specifických zátěžových podmínek, jako jsou vibrace, teplotní výkyvy a změny vlhkosti. Díky hlubokému pochopení specifických požadavků aplikace mohou výrobci desek plošných spojů položit základy pro výběr vhodných materiálů. Tato fáze vyžaduje důkladnou komunikaci a spolupráci se zákazníky, inženýry a konstrukčními týmy. Výrobci se také mohou odvolávat na průmyslové normy a směrnice, jako jsou specifikace a doporučení IPC (Association Connecting Electronics Industries), aby se seznámili s osvědčenými postupy v konkrétních aplikačních oblastech. Po pochopení specifických požadavků aplikace mohou výrobci desek plošných spojů dále zvážit výhody a nevýhody různých materiálů a vybrat ten nejvhodnější, který splňuje konstrukční požadavky. To zahrnuje zvážení faktorů, jako je elektrický výkon, tepelný výkon, mechanický výkon, cena a dostupnost materiálů. Výrobci mohou navíc ověřit výkon a spolehlivost vybraných materiálů prostřednictvím prototypování a provádění praktických zkoušek. Stručně řečeno, výzkum a pochopení specifických požadavků aplikace je klíčovým krokem při výběru nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů. Zajišťuje, že výrobci mohou splnit potřeby zákazníků a vyrábět desky plošných spojů se spolehlivým výkonem.Referenční průmyslové normy a směrnice pro výrobce desek plošných spojů
Při výběru nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů se výrobci desek plošných spojů mohou odvolávat na průmyslové normy a směrnice, které poskytují cenné informace o výkonu a vhodnosti materiálu. Zde je několik běžně používaných průmyslových norem a směrnic, které by výrobci měli zvážit: Normy a specifikace IPC (Association Connecting Electronics Industries) :
IPC-2221: Obecná norma pro návrh desek plošných spojů, která poskytuje pokyny pro šířku stop, rozteč, velikosti otvorů atd.
IPC-4101: Specifikace pro základní materiály desek plošných spojů, včetně výkonnostních požadavků na materiály jako FR-4, CEM-1, PTFE atd.
IPC-6012: Specifikace pro kvalitu a spolehlivost pevných desek plošných spojů, zahrnující různé aspekty výroby desek plošných spojů.
IPC-6013: Specifikace pro kvalitu a spolehlivost flexibilních desek plošných spojů, použitelná pro výrobu flexibilních desek plošných spojů.
Technická dokumentace a doporučení od dodavatelů materiálů: Dodavatelé materiálů pro desky plošných spojů obvykle poskytují technické listy a aplikační příručky, které nabízejí informace o vlastnostech materiálů, vhodnosti a doporučeních pro zpracování. Výrobci se mohou nahlédnout do materiálových listů, technických manuálů a aplikačních příruček poskytovaných dodavateli, aby pochopili výhody a nevýhody různých materiálů a jejich použitelné rozsahy. Průmyslové organizace a sdružení: Průmyslové organizace, jako je Institut elektrotechnických a elektronických inženýrů (IEEE) a Asociace elektronického průmyslu (EIA), poskytují technické pokyny a výzkumné zprávy o návrhu a výrobě desek plošných spojů. Výrobci se mohou účastnit oborových konferencí, workshopů a školení, aby navazovali kontakty s kolegy, vyměňovali si zkušenosti a byli informováni o trendech v oboru a technologickém pokroku. Zavedené postupy návrhu a výroby: Poučení z úspěšných případů návrhu a výroby pomáhá výrobcům pochopit typy materiálů a technologické možnosti používané v podobných aplikacích. Odkazování na minulé zkušenosti a osvědčené postupy v oboru může výrobcům pomoci vyhnout se potenciálním problémům a zlepšit spolehlivost výrobků. Odkazováním na oborové normy a pokyny mohou výrobci desek plošných spojů získat přístup k přesným informacím o výkonnostních parametrech, vlastnostech a rozsahu použití různých materiálů. Tyto pokyny pomáhají výrobcům lépe pochopit vhodnost materiálů a poskytují vodítko při výběru nejlepších materiálů. Výrobci by však měli také zvážit úpravu norem a pokynů podle požadavků konkrétních aplikací, aby zajistili, že výběr materiálu bude odpovídat potřebám jejich produktu.
Skutečné testování a validace
Výběr vhodného materiálu pro desky plošných spojů je složitý úkol, protože teoretické a technické údaje samy o sobě nemohou plně předpovědět, jak se materiál bude chovat v reálných aplikacích. Výrobci desek plošných spojů proto obvykle provádějí skutečné testování a validaci, aby se ujistili, že vybraný materiál splňuje jejich požadavky a očekávaný výkon.Výroba a testování prototypů:
Výrobci desek plošných spojů vytvářejí prototypy s použitím vybraného materiálu a vyhodnocují jeho výkon pomocí řady testovacích a validačních postupů. Tyto testy mohou zahrnovat: Testování elektrických vlastností: Měření dielektrické konstanty, tangensu ztrát, dielektrické pevnosti atd. materiálu, aby se zajistilo, že splňuje požadavky obvodu na přenos signálu. Testování tepelných vlastností: Posouzení tepelné vodivosti materiálu, koeficientu tepelné roztažnosti a Tg (teploty skelného přechodu) pro zajištění spolehlivosti ve vysokoteplotním prostředí. Testování mechanických vlastností: Testování tuhosti materiálu, jeho odolnosti proti nárazu, odolnosti proti tečení atd. pro zajištění stability a spolehlivosti při mechanickém namáhání. Testování přizpůsobivosti prostředí: Vystavení prototypu různým podmínkám prostředí, jako je vysoká teplota, nízká teplota, vlhkost a chemikálie, za účelem vyhodnocení odolnosti materiálu vůči stárnutí a korozi.Posouzení spolehlivosti:
Výrobci desek plošných spojů také provádějí dlouhodobá hodnocení spolehlivosti vybraného materiálu. To může zahrnovat zrychlené testování životnosti, testování teplotních cyklů, testování cyklů vlhkosti a teploty atd., aby se simulovala stabilita výkonu za skutečných provozních podmínek. Tyto testy pomáhají výrobcům určit životnost a spolehlivost materiálu a předvídat potenciální problémy, které mohou nastat při dlouhodobém používání.Zohlednění nákladů a zpracovatelnosti:
Během samotného procesu testování a validace výrobci desek plošných spojů také hodnotí nákladovou efektivitu a zpracovatelnost vybraného materiálu. Náklady na materiál mohou zahrnovat faktory, jako je pořízení surovin, náklady na zpracování a výrobu a následné náklady na údržbu. Výrobci dále zvažují zpracovatelnost materiálu, včetně řezatelnosti, vrtatelnosti, laminačních vlastností atd., aby se ujistili, že vybraný materiál je vhodný pro jejich výrobní procesy. Prostřednictvím skutečného testování a validace získají výrobci desek plošných spojů lepší přehled o reálném výkonu vybraného materiálu a zajistí, aby splňoval požadavky jejich zamýšlených aplikací. Tato praxe také pomáhá zmírňovat rizika a snižovat zpoždění výroby a ztráty nákladů způsobené nesprávným výběrem materiálu. Výrobci mohou navíc shromáždit praktické zkušenosti s aplikacemi a poskytovat přesnější doporučení pro výběr materiálu pro budoucí projekty. I když skutečné testování a validace mohou být časově náročné, jsou klíčovými kroky při výběru nejlepšího materiálu pro desky plošných spojů. Prostřednictvím pečlivého testování a validace mohou výrobci zajistit, aby vybraný materiál splňoval jejich specifické požadavky a poskytoval vynikající výkon a spolehlivost obvodu.Případové studie výběru běžného materiálu pro plošné spoje
V této části probereme několik případových studií běžných materiálů pro desky plošných spojů, abychom pomohli výrobcům desek plošných spojů lépe pochopit, jak vybrat nejlepší materiály pro splnění specifických požadavků aplikace. Nízkonákladové aplikace: FR-4 a CEM-1
FR-4 je jeden z nejpoužívanějších materiálů pro substráty desek plošných spojů. Nabízí dobrý elektrický výkon, mechanickou pevnost a tepelnou odolnost. Jedná se o materiál na bázi epoxidové pryskyřice vyztužený skelnými vlákny s nízkou cenou, vhodný pro běžné elektronické výrobky a nízkonákladové aplikace. CEM-1 je další běžný nízkonákladový materiál pro desky plošných spojů vyrobený z celulózové papírové matrice a epoxidové pryskyřice. Je levný a vhodný pro jednoduché jednovrstvé nebo dvouvrstvé desky plošných spojů. Vysokofrekvenční aplikace: PTFE a RF-35 PTFE je běžně používaný materiál ve vysokofrekvenčních aplikacích, známý svými vynikajícími dielektrickými vlastnostmi a nízkými ztrátami. Poskytuje nízké přenosové ztráty a dobrou integritu signálu ve vysokofrekvenčním rozsahu, díky čemuž je vhodný pro bezdrátovou komunikaci, radarové a satelitní systémy. RF-35 je specializovaný vysokofrekvenční materiál složený z keramicky plněných polymerů. Má nízkou dielektrickou konstantu a nízké dielektrické ztráty, vhodný pro vysokorychlostní přenos dat a vysokofrekvenční aplikace, jako jsou RF antény a mikrovlnné obvody. Vysokoteplotní aplikace: Materiály s vysokým obsahem TG a keramické substráty Materiály s vysokým obsahem TG mají vyšší teplotu skelného přechodu (TG) a dokáží si udržet dobrou výkonnostní stabilitu i v prostředí s vysokými teplotami. Tyto materiály jsou vhodné pro vysokoteplotní aplikace, jako je automobilová elektronika, průmyslové řídicí systémy a letecký průmysl. Keramické substráty jsou materiály známé svou vysokou teplotní odolností, mechanickou pevností a vynikající tepelnou vodivostí. Obvykle se používají v elektronických výkonových aplikacích, jako jsou výkonové moduly, výkonové zesilovače a řídicí jednotky elektrických vozidel. Speciální aplikace: Desky plošných spojů s kovovým jádrem a flexibilní desky plošných spojů Desky plošných spojů s kovovým jádrem zahrnují nanesení izolační vrstvy na kovový substrát a používají se pro odvod tepla a pro aplikace s vysokým výkonem. Vykazují vynikající tepelnou vodivost a jsou vhodné pro obvody s vysokým výkonem, jako je LED osvětlení, výkonové moduly a budiče motorů. Flexibilní desky plošných spojů jsou vyrobeny z flexibilních polyimidových (PI) nebo polyesterových (PET) materiálů, které poskytují flexibilitu a skládatelnost. Jsou vhodné pro aplikace s kompaktním prostorem, požadavky na ohýbání nebo skládání, jako jsou nositelná zařízení, mobilní zařízení a elektronika interiéru automobilů. Tyto případové studie poskytují příklady běžného výběru materiálů desek plošných spojů pro různé scénáře použití. Je však důležité zdůraznit, že každá aplikace má své specifické požadavky a omezení. Proto je při výběru materiálů pro desky plošných spojů zásadní zvážit faktory, jako jsou potřeby aplikace, výkonnostní specifikace, náklady a dostupnost. U specializovaných aplikací může být pro výběr nejlepších materiálů pro desky plošných spojů vyžadován další výzkum a testování. Závěrem lze říci, že výrobci desek plošných spojů musí při výběru nejlepšího materiálu pro své desky plošných spojů zvážit různé faktory. Měli by zvážit požadavky konkrétní aplikace,ukazatele výkonu, náklady a dostupnost. Odkazování na průmyslové standardy a provádění praktických testů a ověřování může výrobcům pomoci při informovaném rozhodování. Díky neustálému technologickému pokroku a inovacím materiálů budou mít výrobci desek plošných spojů více možností a příležitostí ke zlepšení výkonu a spolehlivosti obvodů.
Posuňte výrobu desek plošných spojů na vyšší úroveň se společností SprintPCB Společnost SprintPCB je předním high-tech podnikem, který poskytuje výjimečné služby v oblasti výroby desek plošných spojů klientům po celém světě. Díky našim rozsáhlým zkušenostem v oboru a konkurenceschopným cenám se můžete zaměřit na nejdůležitější aspekty vaší organizace. Kontaktujte nás ještě dnes a zjistěte, jak vám můžeme pomoci s vzájemnou spoluprací a dosažením vašich cílů.
Budova A19 a C2, čtvrť Fuqiao č. 3, ulice Fuhai, čtvrť Bao'an, Šen-čen, Čína 
+86 0755 2306 7700
Jazyk
