Materialul de bază al unei plăci de circuit imprimat este stratul izolant (dielectricul) care ține cuprul. El decide câtă căldură supraviețuiește placa, cât de repede călătoresc semnalele de-a lungul ei, cât de bine duce căldura departe și dacă se îndoaie. Majoritatea plăcilor folosesc același material; aveți nevoie de altul numai dintr-un motiv.
Ce este un laminat
O placă rigidă începe ca un laminat: o foaie de material izolant cu folie de cupru lipită pe una sau pe ambele fețe. Izolatorul este de regulă țesătură din fibră de sticlă îmbibată în rășină și întărită. Straturile unei plăci multistrat sunt ținute împreună de prepreg, pânză de sticlă cu rășină parțial întărită care se topește și lipește la laminare. Trei numere descriu un laminat pentru majoritatea scopurilor:
- Folie de cupru, lipită de față.
- Rășină: rășina epoxidică întărită care ține totul împreună și izolează.
- Pânză de sticlă: ovalele sunt mănunchiuri de fibră tăiate transversal, șuvița ondulată merge de-a lungul. Ea dă rezistență și o grosime constantă.
- Cupru pe cealaltă față. Un miez are folie pe ambele fețe, iar modelul de cupru este gravat din ea mai târziu.
- Tg (temperatura de tranziție vitroasă). Temperatura la care rășina trece de la rigidă la moale. Peste Tg placa se dilată mult mai repede și solicită găurile și placarea.
- Dk (constanta dielectrică) și Df (factorul de disipare). Cât de puternic afectează materialul semnalele electrice și câtă energie de semnal absoarbe. Conțin la frecvențe înalte și pentru impedanța controlată.
- Conductivitatea termică. Cât de bine curge căldura prin dielectric.
FR-4
FR-4 este numele obișnuit pentru laminatul epoxidic armat cu sticlă cu un aditiv ignifug. Este ieftin, rezistent, ușor de prelucrat și destul de bun pentru majoritatea electronicelor. Dk-ul lui este de obicei de 4 până la 4,6, în funcție de conținutul de rășină și de frecvență, și variază de la lot la lot și între producători, deci un proiectant care are nevoie de o valoare precisă o cere din structura straturilor.
FR-4 vine în grade, mai ales după Tg:
| Grad | Tg tipic | Utilizare |
|---|---|---|
| Standard | de circa 130 până la 140 °C | Plăci simple, unul sau două cicluri de lipire |
| Tg mediu | de circa 150 °C | Lipire fără plumb, mai multe straturi |
| Tg ridicat | 170 °C și peste | Multe straturi, plăci groase, reflow repetat, temperatură de funcționare mai mare |
Lipitura fără plumb se topește la o temperatură mai mare decât lipitura cositor-plumb, iar placa trece prin cuptor la temperatura mai mare, uneori de două ori. Plăcile cu multe straturi, plăcile groase și plăcile care vor fi refăcute beneficiază de un Tg mai mare. O cifră înrudită, Td (temperatura de descompunere), spune când rășina începe să piardă masă și este alt motiv să alegeți un grad mai bun pentru serviciu greu.
Peste Tg-ul lui, rășina se înmoaie, iar placa se dilată mult mai repede. Desenul compară două grade.
- Tg-ul unui grad mai mic: peste această temperatură placa crește mult mai repede.
- Tg-ul unui grad mai mare: placa rămâne rigidă până la o temperatură mai mare.
Se vând și alte variante FR-4: versiuni fără halogeni pentru piețele care le cer și grade cu o rezistență mai bună la filamentele anodice conductoare (o defecțiune lentă în interiorul plăcii). Cereți-le când produsul dumneavoastră are nevoie de ele.
Plăci cu miez metalic (aluminiu și cupru)
O placă cu miez metalic lipește un strat subțire de circuit de cupru, printr-un strat subțire izolant, de o bază metalică, de regulă aluminiu și uneori cupru. Scopul este căldura: stratul izolant este făcut să conducă căldura mult mai bine decât FR-4, iar metalul o răspândește. Utilizatorii tipici sunt iluminatul cu LED și conversia de putere.
Lucruri de știut:
- Majoritatea sunt pe o singură față; versiunile pe ambele fețe și multistrat există și costă mai mult.
- Conductivitatea termică a stratului dielectric variază mult între grade, deci cifra de pe fișa tehnică merită cerută.
- Aluminiul se dilată diferit față de piesele de pe el, ceea ce poate solicita piesele ceramice mari și îmbinările de lipire la ciclurile de temperatură.
- Găurirea și frezarea unei plăci metalice sunt mai lente, iar placa este mai grea. Întrebați despre limite.
Laminate de înaltă frecvență (Rogers, PTFE și altele)
La frecvențe radio și microunde, FR-4 standard pierde prea mult semnal, iar Dk-ul lui variază prea mult. Laminatele speciale au Dk mai mic și mai constant și Df mult mai mic. Ele se împart în două grupuri: pe bază de PTFE (tip Teflon) și hidrocarburi umplute cu ceramică sau materiale similare. Rogers Corporation este un producător cunoscut; alți producători vând echivalente. Valorile Dk merg de la circa 2 la 10 de-a lungul familiilor, deci alegerea urmează proiectarea.
Puncte practice:
- Sunt mai scumpe pe suprafață decât FR-4.
- Pot avea nevoie de prelucrare specială, fiindcă PTFE este moale și alunecos.
- Multe proiectări folosesc un hibrid: un strat subțire de înaltă frecvență pentru partea radio și FR-4 pentru rest, ceea ce scade costul, dar are nevoie de o structură a straturilor care funcționează pentru fabrică.
- Întrebați fabrica ce mărci și grosimi poate furniza înainte să proiectați placa în jurul uneia.
Rar aveți nevoie de acestea sub 1 GHz. Între 1 și câțiva gigahertzi, proiectarea atentă pe FR-4 funcționează pentru multe produse; peste acest prag sau când pierderile contează, un laminat mai bun devine alegerea sănătoasă.
Plăci flexibile și rigid-flex
O placă flexibilă este făcută pe film de polimidă, nu pe fibră de sticlă. Se îndoaie și poate fi pliată o dată ca să se potrivească sau îndoită mereu într-o piesă mobilă. Cele două utilizări sunt diferite: o îndoire făcută o dată este o îndoire statică, îndoirea repetată este o îndoire dinamică, iar regulile de proiectare (tipul cuprului, raza de îndoire, rutarea traseelor) nu sunt aceleași. Rigid-flex combină secțiuni rigide și conexiuni flexibile într-o singură bucată.
Puncte de reținut:
- Flexul are nevoie de o rază de îndoire care depinde de grosimea lui; proiectanții folosesc un multiplu al grosimii totale, cu multipli mai mari pentru mai multe straturi și pentru utilizarea dinamică.
- Rigidizările (material rigid suplimentar lipit în spatele zonelor de conectori) se adaugă unde se montează piese sau unde se introduce un conector.
- Flexul și rigid-flexul costă mult mai mult pe suprafață decât FR-4.
- Flexul absoarbe umiditatea și trebuie uscat înainte de asamblare.
- FR-4: cupru, un miez rigid de pânză de sticlă în rășină (dungi), cupru.
- Miez metalic: un circuit de cupru, un strat subțire izolant, apoi o bază metalică groasă.
- Flex: un film subțire cu cupru pe el. Se îndoaie în loc să rămână plat.
- Căldura de la o piesă de pe o placă cu miez metalic merge în jos prin izolatorul subțire în bază.
Cum alegeți
- Începeți cu FR-4. Alegeți Tg-ul din procesul de lipire și din numărul de straturi.
- Alegeți un miez metalic când căldura de la câteva piese este problema și duceți căldura afară prin placă.
- Alegeți un laminat de înaltă frecvență când pierderile sau un Dk stabil stabilesc performanța, de regulă pentru radio.
- Alegeți flex când produsul se mișcă sau trebuie să se potrivească unei forme pe care o placă rigidă nu poate.
- Când aveți îndoieli, întrebați fabrica înainte să proiectați placa în jurul unui material.
Cum apare acest lucru când comandați aici
Materialele, grosimile și procesele speciale oferite sunt enumerate la pagina de capacități de fabricație, iar lista în vigoare este lista care contează. Fabrica lucrează cu FR-4, aluminiu, cupru și substraturi flexibile și cu materiale cu Tg ridicat, fără halogeni și de înaltă frecvență. Care dintre acestea le puteți comanda prin site este stabilit la pagina de capacități, iar un inginer confirmă fiecare comandă. Structurile straturilor și impedanța sunt acoperite în Grosimea cuprului, structura straturilor și impedanța.