Wszystkie poradniki

Materiały

Materiały bazowe PCB od FR-4 do Rogers i flex

Z czego jest zrobiona płytka, jak gatunki FR-4 różnią się Tg i kiedy wybrać rdzeń metalowy, laminat wysokiej częstotliwości albo flex.

Zaktualizowano 2026-11-106 min czytania

Materiał bazowy płytki drukowanej to warstwa izolacyjna (dielektryk), która trzyma miedź. Decyduje o tym, ile ciepła płytka wytrzyma, jak szybko sygnały po niej podróżują, jak dobrze odprowadza ciepło i czy się zgina. Większość płytek używa tego samego materiału; innego potrzebuje Pan/Pani tylko z jakiegoś powodu.

Czym jest laminat

Sztywna płytka zaczyna się jako laminat: arkusz materiału izolacyjnego z folią miedzianą przyklejoną po jednej albo obu stronach. Izolator to zwykle tkanina szklana nasączona żywicą i utwardzona. Warstwy płytki wielowarstwowej trzymane są razem prepregiem, tkaniną szklaną z częściowo utwardzoną żywicą, która topi się i wiąże podczas laminowania. Trzy liczby opisują laminat dla większości celów:

Przekrój laminatu: folia miedziana na obu powierzchniach i tkanina szklana tkana wewnątrz korpusu z żywicy
  1. Folia miedziana przyklejona do powierzchni.
  2. Żywica: utwardzona żywica epoksydowa, która trzyma wszystko razem i izoluje.
  3. Tkanina szklana: owale to wiązki włókien cięte w poprzek, faliste pasmo biegnie wzdłuż. Daje wytrzymałość i stałą grubość.
  4. Miedź po drugiej stronie. Rdzeń ma folię po obu stronach, a wzór miedzi jest z niej później trawiony.
  • Tg (temperatura zeszklenia). Temperatura, w której żywica zmienia się ze sztywnej w miękką. Powyżej Tg płytka rozszerza się znacznie szybciej i napręża otwory oraz pokrycie.
  • Dk (stała dielektryczna) i Df (współczynnik strat). Jak silnie materiał wpływa na sygnały elektryczne i ile energii sygnału pochłania. Mają znaczenie przy wysokich częstotliwościach i przy kontrolowanej impedancji.
  • Przewodność cieplna. Jak dobrze ciepło przepływa przez dielektryk.

FR-4

FR-4 to powszechna nazwa laminatu epoksydowego wzmocnionego szkłem z dodatkiem opóźniającym palenie. Jest tani, wytrzymały, łatwy w obróbce i wystarczająco dobry dla większości elektroniki. Jego Dk wynosi zwykle około 4 do 4,6, zależnie od zawartości żywicy i częstotliwości, i zmienia się między partiami oraz producentami, więc projektant, który potrzebuje dokładnej wartości, prosi o nią z układu warstw.

FR-4 występuje w gatunkach, głównie według Tg:

Gatunek Typowe Tg Zastosowanie
Standard około 130 do 140 °C Proste płytki, jeden albo dwa cykle lutowania
Średnie Tg około 150 °C Lutowanie bezołowiowe, więcej warstw
Wysokie Tg 170 °C i powyżej Wiele warstw, grube płytki, wielokrotny rozpływ, wyższa temperatura pracy

Lut bezołowiowy topi się w wyższej temperaturze niż lut cynowo-ołowiowy, a płytka przechodzi przez piec w wyższej temperaturze, czasem dwukrotnie. Płytki z wieloma warstwami, grube płytki i płytki, które będą przerabiane, korzystają z wyższego Tg. Pokrewna liczba, Td (temperatura rozkładu), mówi, kiedy żywica zaczyna tracić masę, i jest kolejnym powodem, aby wybrać lepszy gatunek do trudnej pracy.

Powyżej swojego Tg żywica mięknie, a płytka rozszerza się znacznie szybciej. Rysunek porównuje dwa gatunki.

Wykres rozszerzalności płytki względem temperatury dla dwóch gatunków: każda linia wygina się w górę przy swoim Tg, gatunek wyższy później
  1. Tg gatunku niższego: powyżej tej temperatury płytka rośnie znacznie szybciej.
  2. Tg gatunku wyższego: płytka pozostaje sztywna do wyższej temperatury.

Sprzedawane są też inne warianty FR-4: wersje bezhalogenowe dla rynków, które ich wymagają, oraz gatunki o lepszej odporności na przewodzące włókna anodowe (powolna awaria wewnątrz płytki). Proszę o nie pytać, gdy produkt ich potrzebuje.

Płytki z rdzeniem metalowym (aluminium i miedź)

Płytka z rdzeniem metalowym wiąże cienką warstwę obwodu miedzianego, przez cienką warstwę izolacyjną, z podstawą metalową, zwykle aluminium, a czasem miedzi. Chodzi o ciepło: warstwa izolacyjna jest wykonana tak, aby przewodzić ciepło znacznie lepiej niż FR-4, a metal je rozprowadza. Typowymi użytkownikami są oświetlenie LED i przetwarzanie mocy.

Rzeczy, które warto wiedzieć:

  • Większość jest jednostronna; wersje dwustronne i wielowarstwowe istnieją i kosztują więcej.
  • Przewodność cieplna warstwy dielektrycznej różni się znacznie między gatunkami, więc warto pytać o liczbę z dokumentacji.
  • Aluminium rozszerza się inaczej niż elementy na nim, co może naprężać duże elementy ceramiczne i połączenia lutowane przy cyklach temperaturowych.
  • Wiercenie i frezowanie płytki metalowej jest wolniejsze, a płytka jest cięższa. Proszę pytać o limity.

Laminaty wysokiej częstotliwości (Rogers, PTFE i inne)

Przy częstotliwościach radiowych i mikrofalowych standardowy FR-4 traci za dużo sygnału, a jego Dk zmienia się za bardzo. Specjalne laminaty mają niższe i stabilniejsze Dk oraz znacznie niższe Df. Dzielą się na dwie grupy: oparte na PTFE (typu teflon) oraz węglowodory wypełnione ceramicznie albo podobne materiały. Rogers Corporation jest znanym producentem; inni producenci sprzedają odpowiedniki. Wartości Dk wynoszą od około 2 do 10 w różnych rodzinach, więc wybór wynika z projektu.

Punkty praktyczne:

  • Są droższe za powierzchnię niż FR-4.
  • Mogą wymagać specjalnej obróbki, ponieważ PTFE jest miękki i śliski.
  • Wiele projektów używa hybrydy: cienkiej warstwy wysokiej częstotliwości dla części radiowej i FR-4 dla reszty, co obniża koszt, ale wymaga układu warstw, który działa dla fabryki.
  • Proszę zapytać fabrykę, które marki i grubości może dostarczyć, zanim Pan/Pani zaprojektuje płytkę wokół którejś z nich.

Rzadko Pan/Pani potrzebuje ich poniżej 1 GHz. Między 1 a kilkoma gigahercami staranny projekt na FR-4 działa przy wielu produktach; powyżej tego albo gdy liczą się straty, lepszy laminat staje się rozsądnym wyborem.

Płytki elastyczne i sztywno-elastyczne

Płytka elastyczna jest wykonana na folii poliimidowej, a nie na włóknie szklanym. Zgina się i może zostać złożona raz dla dopasowania albo zginać się w kółko w części ruchomej. Oba zastosowania są różne: jednorazowe zgięcie to zgięcie statyczne, wielokrotne zginanie to zgięcie dynamiczne, a zasady projektowe (typ miedzi, promień gięcia, prowadzenie ścieżek) nie są takie same. Sztywno-elastyczne łączą odcinki sztywne i połączenia elastyczne w jednym kawałku.

Punkty do zapamiętania:

  • Flex potrzebuje promienia gięcia, który zależy od jego grubości; projektanci używają wielokrotności całkowitej grubości, z większymi wielokrotnościami przy większej liczbie warstw i przy użyciu dynamicznym.
  • Usztywniacze (dodatkowy sztywny materiał przyklejony za obszarami złączy) dodaje się tam, gdzie montowane są elementy albo gdzie wtyka się złącze.
  • Flex i sztywno-elastyczne kosztują znacznie więcej za powierzchnię niż FR-4.
  • Flex pochłania wilgoć i powinien zostać wysuszony przed montażem.
Przekroje trzech konstrukcji: rdzeń FR-4 między dwiema powierzchniami miedzianymi, płytka z rdzeniem metalowym z cienkim izolatorem na grubej podstawie metalowej oraz płytka elastyczna, która się zgina
  1. FR-4: miedź, sztywny rdzeń z tkaniny szklanej w żywicy (paski), miedź.
  2. Rdzeń metalowy: obwód miedziany, cienka warstwa izolacyjna, potem gruba podstawa metalowa.
  3. Flex: cienka folia z miedzią na niej. Zgina się zamiast pozostać płaska.
  4. Ciepło z elementu na płytce z rdzeniem metalowym idzie w dół przez cienki izolator do podstawy.

Jak wybierać

  1. Proszę zacząć od FR-4. Tg proszę wybrać z procesu lutowania i liczby warstw.
  2. Rdzeń metalowy proszę wybrać, gdy problemem jest ciepło z kilku elementów, i odprowadzić ciepło przez płytkę.
  3. Laminat wysokiej częstotliwości proszę wybrać, gdy wydajność wyznaczają straty albo stabilne Dk, zwykle przy radiu.
  4. Flex proszę wybrać, gdy produkt się porusza albo musi pasować do kształtu, do którego sztywna płytka nie może.
  5. W razie wątpliwości proszę zapytać fabrykę przed zaprojektowaniem płytki wokół materiału.

Jak to wygląda przy zamawianiu tutaj

Materiały, grubości i procesy specjalne, które są oferowane, są wymienione na stronie możliwości produkcyjnych, a lista, która obowiązuje, jest listą, która się liczy. Fabryka pracuje z FR-4, aluminium, miedzią i podłożami elastycznymi oraz z materiałami o wysokim Tg, bezhalogenowymi i wysokiej częstotliwości. To, które z nich Pan/Pani może zamówić przez stronę, jest ustalone na stronie możliwości produkcyjnych, a inżynier potwierdza każde zamówienie. Układy warstw i impedancję omawia artykuł Grubość miedzi, układy warstw i impedancja.

Proszę wypróbować na prawdziwej płytce

Wystarczy przesłać płytkę, aby zobaczyć 25 sprawdzeń.

Prześlij płytkę