Všechny návody

Materiály

Základní materiály DPS od FR-4 po Rogers a flex

Z čeho je deska vyrobena, jak se třídy FR-4 liší podle Tg a kdy je hliník, VF lamináty nebo flex správnou volbou, pro návrháře.

Aktualizováno 2026-11-106 min na přečtení

Základní materiál desky plošných spojů (DPS) je izolační vrstva (dielektrikum), která drží měď. Rozhoduje, kolik tepla deska přežije, jak rychle signály cestují podél ní, jak dobře odvádí teplo a zda se ohýbá. Většina desek používá stejný materiál; jiný potřebujete jen z nějakého důvodu.

Co je laminát

Tuhá deska začíná jako laminát: deska izolačního materiálu s měděnou fólií vázanou na jedné nebo obou stranách. Izolátor je obvykle tkaná skelná vlákna namočená v pryskyřici a vytvrzená. Vrstvy vícevrstvé desky drží pohromadě prepreg, skelná tkanina s částečně vytvrzenou pryskyřicí, která při laminaci taje a váže. Pro většinu účelů laminát popisují tři čísla:

Řez laminátem: měděná fólie na obou plochách a skelná tkanina tkaná v těle pryskyřice
  1. Měděná fólie, vázaná na plochu.
  2. Pryskyřice: vytvrzený epoxid, který vše drží pohromadě a izoluje.
  3. Skelná tkanina: ovály jsou svazky vláken řezané napříč, vlnitý pramen běží podélně. Dává pevnost a stálou tloušťku.
  4. Měď na druhé ploše. Jádro má fólii na obou stranách a měděný vzor se z něj později leptá.
  • Tg (teplota skelného přechodu). Teplota, při které pryskyřice přechází z tuhé na měkkou. Nad Tg se deska rozpíná mnohem rychleji a namáhá otvory a pokovení.
  • Dk (dielektrická konstanta) a Df (ztrátový činitel). Jak silně materiál ovlivňuje elektrické signály a kolik signálové energie absorbuje. Záleží na nich při vysokých frekvencích a pro řízenou impedanci.
  • Tepelná vodivost. Jak dobře teplo teče dielektrikem.

FR-4

FR-4 je běžný název pro sklem vyztužený epoxidový laminát s přísadou zpomalující hoření. Je levný, pevný, snadno zpracovatelný a dost dobrý pro většinu elektroniky. Jeho Dk je typicky asi 4 až 4,6, podle obsahu pryskyřice a frekvence, a liší se mezi dávkami a výrobci, takže návrhář, který potřebuje přesnou hodnotu, si ji vyžádá ze skladby vrstev.

FR-4 existuje ve třídách, hlavně podle Tg:

Třída Typická Tg Použití
Standardní asi 130 až 140 °C Jednoduché desky, jeden nebo dva pájecí cykly
Mid Tg asi 150 °C Bezolovnaté pájení, více vrstev
High Tg 170 °C a výše Mnoho vrstev, silné desky, opakované reflow, vyšší provozní teplota

Bezolovnatá pájka taje při vyšší teplotě než cín-olověná pájka a deska prochází pecí při vyšší teplotě, někdy dvakrát. Desky s mnoha vrstvami, silné desky a desky, které se budou opravovat, těží z vyšší Tg. Související údaj, Td (teplota rozkladu), říká, kdy pryskyřice začíná ztrácet hmotu, a je dalším důvodem volit lepší třídu pro náročnou službu.

Nad svou Tg pryskyřice měkne a deska se rozpíná mnohem rychleji. Výkres porovnává dvě třídy.

Graf rozpínání desky vůči teplotě pro dvě třídy: každá čára se ohýbá vzhůru na své Tg, vyšší třída později
  1. Tg nižší třídy: nad touto teplotou deska roste mnohem rychleji.
  2. Tg vyšší třídy: deska zůstává tuhá do vyšší teploty.

Jiné varianty FR-4 se prodávají: bezhalogenové verze pro trhy, které je žádají, a třídy s lepší odolností vůči vodivým anodickým vláknům (pomalá porucha uvnitř desky). Požádejte o ně, když je Váš produkt potřebuje.

Desky s kovovým jádrem (hliník a měď)

Deska s kovovým jádrem váže tenkou měděnou obvodovou vrstvu přes tenkou izolační vrstvu ke kovové základně, obvykle hliníku a někdy mědi. Jde o teplo: izolační vrstva je vyrobena tak, aby vedla teplo mnohem lépe než FR-4, a kov je rozprostírá. Typickými uživateli jsou LED osvětlení a přeměna výkonu.

Věci, které je třeba vědět:

  • Většina je jednostranná; oboustranné a vícevrstvé verze existují a stojí více.
  • Tepelná vodivost dielektrické vrstvy se mezi třídami značně liší, takže údaj v datovém listu stojí za dotaz.
  • Hliník se rozpíná jinak než součástky na něm, což může při teplotních cyklech namáhat velké keramické součástky a pájené spoje.
  • Vrtání a frézování kovové desky je pomalejší a deska je těžší. Zeptejte se na limity.

Vysokofrekvenční lamináty (Rogers, PTFE a další)

Při rádiových a mikrovlnných frekvencích standardní FR-4 ztrácí příliš mnoho signálu a jeho Dk se příliš liší. Speciální lamináty mají nižší a stálejší Dk a mnohem nižší Df. Patří do dvou skupin: na bázi PTFE (typ Teflon) a keramikou plněné uhlovodíkové nebo podobné materiály. Rogers Corporation je známý výrobce; jiní výrobci prodávají ekvivalenty. Hodnoty Dk se napříč rodinami pohybují od asi 2 do 10, takže volba následuje návrh.

Praktické body:

  • Jsou na plochu dražší než FR-4.
  • Mohou potřebovat speciální zpracování, protože PTFE je měkký a kluzký.
  • Mnoho návrhů používá hybrid: tenkou vysokofrekvenční vrstvu pro rádiovou část a FR-4 pro zbytek, což snižuje cenu, ale potřebuje skladbu vrstev, která funguje pro továrnu.
  • Zeptejte se továrny, které značky a tloušťky dokáže dodat, než desku kolem jedné navrhnete.

Zřídka je potřebujete pod 1 GHz. Mezi 1 a několika gigahertzy pečlivý návrh FR-4 funguje pro mnohé produkty; nad tím, nebo když záleží na ztrátách, se lepší laminát stane rozumnou volbou.

Flexibilní a tuho-flexibilní desky

Flexibilní deska se vyrábí na polyimidovém filmu, ne na skelných vláknech. Ohýbá se a lze ji jednou složit, aby se vešla, nebo ohýbat znovu a znovu v pohyblivé části. Obě použití jsou různá: ohyb provedený jednou je statický ohyb, opakované ohýbání je dynamický ohyb a návrhová pravidla (typ mědi, poloměr ohybu, trasování spojů) nejsou stejná. Tuho-flexibilní kombinuje tuhé úseky a flexibilní spoje v jednom kusu.

Body k zapamatování:

  • Flex potřebuje poloměr ohybu, který závisí na jeho tloušťce; návrháři používají násobek celkové tloušťky, s většími násobky pro více vrstev a pro dynamické použití.
  • Výztuhy (extra tuhý materiál vázaný za oblastmi konektorů) se přidávají tam, kde se součástky montují nebo kde se konektor zasouvá.
  • Flex a tuho-flexibilní stojí na plochu mnohem více než FR-4.
  • Flex absorbuje vlhkost a měl by se před osazováním sušit.
Řezy třemi konstrukcemi: jádro FR-4 mezi dvěma měděnými plochami, deska s kovovým jádrem s tenkým izolátorem nad silnou kovovou základnou a flexibilní deska, která se ohýbá
  1. FR-4: měď, tuhé jádro ze skelné tkaniny v pryskyřici (pruhy), měď.
  2. Kovové jádro: měděný obvod, tenká izolační vrstva, poté silná kovová základna.
  3. Flex: tenký film s mědí na něm. Ohýbá se místo toho, aby zůstal plochý.
  4. Teplo ze součástky na desce s kovovým jádrem jde dolů tenkým izolátorem do základny.

Jak vybrat

  1. Začněte s FR-4. Tg vyberte podle pájecího procesu a počtu vrstev.
  2. Kovové jádro vyberte, když je problémem teplo od několika součástek, a teplo odveďte deskou ven.
  3. Vysokofrekvenční laminát vyberte, když ztráty nebo stabilní Dk určují výkon, obvykle pro rádio.
  4. Flex vyberte, když se produkt pohybuje nebo musí odpovídat tvaru, který tuhá deska nemůže.
  5. Při pochybách se zeptejte továrny, než desku kolem materiálu navrhnete.

Jak se to projeví při objednávce zde

Nabízené materiály, tloušťky a speciální procesy jsou uvedeny na stránce výrobních možností a platný seznam je seznam, který se počítá. Továrna pracuje s FR-4, hliníkem, mědí a flexibilními substráty a s materiály s vysokou Tg, bezhalogenovými a vysokofrekvenčními materiály. Které z nich můžete přes web objednat, je stanoveno na stránce výrobních možností a inženýr potvrdí každou objednávku. Skladby vrstev a impedance jsou pokryty v Tloušťka mědi, skladba vrstev a impedance.

Vyzkoušejte to na skutečné desce

Nahrajte desku a podívejte se na jejích 25 kontrol.

Nahrát desku