Συστατικά των πλακών κυκλωμάτων (PCB) 2

Από τι είναι κατασκευασμένες οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων;

Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια σειρά υλικών για εξαρτήματα και υποστρώματα. Η επιλογή του υλικού εξαρτάται από τις ανάγκες της συγκεκριμένης εφαρμογής, καθώς διαφορετικά υλικά μπορούν να δώσουν στα κυκλώματα διαφορετικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν καλύτερη απόδοση σε συγκεκριμένες συνθήκες.

Οι σχεδιαστές μπορούν να επιλέξουν υλικά με βάση την ηλεκτρική τους απόδοση σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας ή την θερμική ή μηχανική αντοχή, όπως εφαρμογές κάτω από το καπό αυτοκινήτων. Οι σχεδιαστές μπορούν να επιλέξουν να συμμορφωθούν με τις απαιτήσεις ενός ρυθμιστικού οργανισμού. Για παράδειγμα, η οδηγία Περιορισμού Επικίνδυνων Ουσιών (RoHS) της ΕΕ απαγορεύει τη χρήση ουσιών που περιέχουν όλες τις περιορισμένες χημικές ουσίες και μέταλλα.

Οι πιο συνηθισμένοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι εάν το προϊόν είναι πιστοποιημένο από την UL, που σημαίνει Underwriters Laboratories, χαρακτηριστικά καταστολής φλόγας. Η βαθμολογία της UL είναι ζωτικής σημασίας για πολλές ηλεκτρονικές συσκευές, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι σε περίπτωση πυρκαγιάς η πλακέτα κυκλώματος δεν θα αυτοσβηστεί, κάτι που θεωρείται απαραίτητο για τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και άλλα.

Τα ελάσματα είναι γενικά κατασκευασμένα από υφάσματα και ρητίνες που έχουν διακριτές μονωτικές ιδιότητες. Αυτό περιλαμβάνει διηλεκτρικά όπως FR4 εποξειδικό Teflon Polyimide και άλλα που χρησιμοποιούν γυαλί και επιστρώσεις ρητίνης. Μια ποικιλία διακριτών ηλεκτρικών και θερμικών πτυχών καθορίζουν ποιο θα λειτουργήσει καλύτερα για μια συγκεκριμένη PCB.

Οι σχεδιαστές PCB πρέπει να εξετάσουν μια ποικιλία θεμάτων απόδοσης όταν εξετάζουν το υλικό που επιλέγουν για να σχεδιάσουν τις PCB τους. Μερικές από τις πιο συνηθισμένες πτυχές που πρέπει να ληφθούν υπόψη περιλαμβάνουν:

• Η διηλεκτρική σταθερά είναι ένας κρίσιμος δείκτης ηλεκτρικής απόδοσης
• Η επιβράδυνση φλόγας είναι μια κρίσιμη πτυχή για την πιστοποίηση UL (βλ. παραπάνω)
• Οι υψηλότερες θερμοκρασίες μετάβασης υάλου (Tg) για καλύτερη ικανότητα αντοχής σε υψηλότερες θερμοκρασίες για την επεξεργασία συναρμολόγησης
• Οι μετριασμένοι παράγοντες απώλειας είναι απαραίτητοι για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας όπου η ταχύτητα του σήματος είναι σημαντική.
• Μηχανική αντοχή που περιλαμβάνει διάτμηση, εφελκυσμό και διάφορες μηχανικές ιδιότητες που θα μπορούσαν να απαιτηθούν από την PCB όταν τίθεται σε λειτουργία
• Η απόδοση του θερμικού συστήματος είναι ένας κρίσιμος παράγοντας κατά τη λειτουργία σε περιβάλλοντα υπηρεσιών υψηλής θερμοκρασίας
• Διαστασιακή σταθερότητα, ή, πόσο μετακινείται το υλικό και πόσο συχνά κινείται κατά τη διάρκεια των θερμικών κύκλων κατασκευής και της έκθεσης στην υγρασία

Ακολουθούν μερικά από τα πιο γνωστά υλικά που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πλακετών κυκλωμάτων τυπωμένων με ηλεκτρονικά εξαρτήματα:

1. Προεμποτισμένο και εποξειδικό έλασμα FR4Το έλασμα FR4 είναι το πιο περιζήτητο υλικό υποστρώματος PCB σε όλο τον κόσμο. Ο όρος 'FR4' αναφέρεται σε μια ομάδα υλικών που πληρούν τις απαιτήσεις των προδιαγραφών NEMA LI 1-1998. Τα υλικά στο FR4 παρουσιάζουν εξαιρετικές ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες, εκτός από την ευνοϊκή αναλογία αντοχής προς βάρος, η οποία τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών εφαρμογών. Τα ελάσματα και τα προεμποτισμένα υλικά FR4 είναι κατασκευασμένα από υαλοβάμβακα και εποξειδική ρητίνη και είναι συνήθως τα φθηνότερα διαθέσιμα υλικά PCB. Είναι ιδιαίτερα προτιμώμενο για PCB που έχουν χαμηλότερα στρώματα διπλής ή μονής όψης σε πολυστρωματικές δομές, γενικά μικρότερες από δεκατέσσερα στρώματα. Επιπλέον, αυτή η βασική ρητίνη μπορεί να αναμιχθεί με πρόσθετα που ενισχύουν σημαντικά την ηλεκτρική, θερμική απόδοση και την ασφάλεια/βαθμολογία φλόγας UL, γεγονός που ενισχύει σημαντικά την ικανότητά της να χρησιμοποιηθεί για σχέδια με υψηλότερο αριθμό στρώσεων, καθώς και εφαρμογές καταπόνησης υψηλότερης θερμοκρασίας και υψηλότερη ηλεκτρική απόδοση με χαμηλότερο κόστος για σχέδια κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας. Τα προεμποτισμένα υλικά και τα ελάσματα FR4 μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους και είναι σε θέση να προσαρμοστούν χρησιμοποιώντας ευρέως αποδεκτές μεθόδους κατασκευής με αξιόπιστες αποδόσεις.
2. Ελάσματα πολυιμιδίου και προεμποτισμένα υλικά:Τα ελάσματα πολυιμιδίου έχουν καλύτερες θερμοκρασίες από το υλικό FR4 και επίσης αύξηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Τα πολυιμίδια κοστίζουν περισσότερο από το FR4, αλλά προσφέρουν καλύτερη ανθεκτικότητα σε ακραίες και υψηλές θερμοκρασίες. Έχουν επίσης υψηλότερο βαθμό σταθερότητας όσον αφορά τους θερμικούς κύκλους και διαθέτουν χαμηλότερες δυνατότητες διαστολής, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για κατασκευές με μεγαλύτερο αριθμό στρώσεων.
3. Συγκόλληση και φύλλο Teflon:Η συγκόλληση και τα ελάσματα από υλικά Teflon έχουν εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας. Τα υλικά Teflon είναι πιο ακριβά από το πολυιμίδιο, αλλά δίνουν στους σχεδιαστές την ταχύτητα και την απόδοση που απαιτούν. Τα υλικά Teflon μπορούν να επικαλυφθούν σε υαλοβάμβακα, ωστόσο, είναι επίσης δυνατό να κατασκευαστούν μη υποστηριζόμενες μεμβράνες ή χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα πρόσθετα και πληρωτικά για την ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων. Η παραγωγή PCB Teflon απαιτεί συνήθως εξειδικευμένο και εκπαιδευμένο εργατικό δυναμικό, ειδικό εξοπλισμό και διαδικασίες και την πρόβλεψη χαμηλότερων αποδόσεων παραγωγής.
4. Εύκαμπτα ελάσματαΑυτά τα ελάσματα, τα οποία είναι εύκαμπτα και λεπτά σε πάχος, σας επιτρέπουν να διπλώνετε ηλεκτρονικά σχέδια χωρίς να επηρεάζετε την ηλεκτρική συνέχεια. Δεν χρησιμοποιούν υαλοβάμβακα για να τα υποστηρίξουν, αλλά αντ' αυτού είναι κατασκευασμένα σε ένα πλαστικό φύλλο. Μπορούν να είναι ως συσκευή διπλωμένη στην εφαρμογή flex-to-install μιας χρήσης, καθώς βρίσκονται σε δυναμική κάμψη, πράγμα που σημαίνει ότι τα κυκλώματα θα διπλώνονται συνεχώς καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Τα εύκαμπτα ελάσματα μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας υψηλότερες θερμοκρασίες υλικών όπως το πολυιμίδιο ή το LCP (πολυμερές υγρών κρυστάλλων) ή εξαιρετικά φθηνά υλικά όπως το πολυαιθυλένιο και το στυλό. Επειδή τα εύκαμπτα ελάσματα είναι εξαιρετικά λεπτά, η κατασκευή εύκαμπτων κυκλωμάτων μπορεί επίσης να απαιτεί ένα άρτια εκπαιδευμένο εργατικό δυναμικό, ειδικό εξοπλισμό και διαδικασίες, καθώς και την πρόβλεψη χαμηλότερων αποδόσεων κατασκευής.
5. Άλλα:Υπάρχουν πολλά διαφορετικά υλικά συγκόλλησης και ελασμάτων διαθέσιμα στην αγορά, συμπεριλαμβανομένων των BT και κυανικών εστέρων κεραμικών ή αναμεμειγμένων υλικών που αναμιγνύουν ρητίνες προκειμένου να επιτευχθούν διακριτά μηχανικά ή ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Εφόσον οι ποσότητες είναι πολύ μικρότερες από το FR4 και η κατασκευή είναι πολύ πιο περίπλοκη για την παραγωγή, συχνά θεωρούνται πιο ακριβές εναλλακτικές λύσεις για τα σχέδια PCB.

Η επιλογή του σωστού ελάσματος είναι ζωτικής σημασίας για να διασφαλιστεί ότι η PCB έχει τις κατάλληλες μηχανικές, διηλεκτρικές, ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες για να ταιριάζει στην τελική εφαρμογή.