Ano ang Ginawa ng mga Circuit Board? Isang Gabay ng Tagagawa ng PCB sa Mga Materyal ng Board

Tanungin ang karamihan sa mga inhinyero kung saan gawa ang isang circuit board at makakabawi ka ng isang salita: fiberglass. Tama ang sagot na iyon, ngunit sumasaklaw lamang ito sa unang layer ng mas mahabang kuwento. Ang isang naka-print na circuit board ay isang maingat na ininhinyero na stack ng mga materyales, at bawat isa sa kanila ay kailangang makakuha ng kanilang lugar. Ang substrate ay nagbibigay sa board ng katawan nito at sa elektrikal na pagkakabukod nito, ang tanso ay nagdadala ng agos, pinoprotektahan ng solder mask ang ibabaw, at ang pangwakas na pagtatapos ay nagpapanatili sa tanso na solderable sa loob ng maraming taon.

Gumagawa kami ng mga board sa aming pasilidad sa Guangde mula noong 2013, mula sa mga simpleng single-sided na panel hanggang sa 32-layer stack, kaya malamang na sagutin namin ang tanong na ito sa paraang ginagawa ng isang fabricator. Ang totoong tanong ay hindi kung saan ginawa ang isang PCB sa pangkalahatan, ngunit kung aling kumbinasyon ng mga materyales ang makakaligtas sa kapaligiran ng iyong produkto para sa inaasahang buhay nito.

Ang Mga Pangunahing Sangkap ng isang Circuit Board

Tanggalin ang jargon at halos lahat ng board ay binuo mula sa parehong maikling listahan ng mga materyales:

• Substrate: ang insulating base, karaniwang pinagtagpi fiberglass bonded na may epoxy resin.
• Copper foil: nakalamina sa substrate at nakaukit sa mga bakas, pad, at eroplano.
• Plating: tanso, at kung minsan ay lata o ginto, na idineposito sa loob ng mga drilled hole upang iugnay ang mga layer.
• Solder mask: ang kulay na patong na sumasaklaw sa lahat maliban sa mga pad na kailangan mong maghinang.
• Silkscreen: ang naka-print na alamat na tumutukoy sa mga bahagi at reference designator.
• Surface finish: isang manipis na metal o organikong layer na pumipigil sa nakalantad na tanso mula sa pag-oxidize.

Ang bawat isa sa mga materyales na ito ay maaaring palitan, i-upgrade, o pakapalin, at ang bawat pagpapalit ay nagbabago sa gastos, kakayahang makagawa, at pagiging maaasahan sa field nang sabay-sabay.

Ang Substrate: Glass Cloth, Resin, at ang mga Alternatibo

Ang karaniwang FR-4 ay nagsisimula sa hinabing telang salamin. Ang tela ay pinapagbinhi ng epoxy resin at bahagyang ginagamot sa isang sheet na tinatawag na prepreg, pagkatapos ay isinalansan at pinindot sa ilalim ng init at presyon hanggang sa dumaloy at tumigas ang dagta. Ang resulta ay matibay, dimensionally stable, at isang mahusay na insulator: ang salamin ay nagbibigay ng mekanikal na lakas habang ang resin ay tumutukoy sa electrical at thermal behavior.

Mula sa puntong iyon, mabilis na nagsanga ang pamilya:

• FR-4 sa standard, high-Tg, at halogen-free na mga marka, ang workhorse ng industriya.
• CEM-1 at CEM-3, composite epoxies na may non-woven glass core para sa mga produktong sensitibo sa gastos.
• FR-1 at FR-2, paper-based na mga laminate na ginagamit sa napakababang halaga na single-sided boards.
• Polyimide film, ang flexible base para sa FPC at rigid-flex na mga disenyo na kailangang yumuko.
• PTFE at ceramic-filled hydrocarbon laminates, pinili kapag ang pagkawala ng signal ay dapat manatiling mababa sa gigahertz frequency.

Karamihan sa mahahalagang trade-off ay nabubuhay sa sistema ng resin kaysa sa tanso. Ang temperatura ng transition ng salamin, temperatura ng decomposition, dielectric constant, at moisture absorption ay lahat ay nagmula sa laminate chemistry.

Double-Sided OSP PCB Gumagamit ang FR4 PCB ng isang epoxy resin fiberglass substrate, na nag-aalok ng mahusay na mekanikal na lakas, mataas na temperatura na resistensya, at mga katangian ng pagkakabukod ng kuryente. Sila ay isang... Tingnan ang Produkto →

Ang double-sided na FR-4 board na may OSP finish ay ang pang-araw-araw na halimbawa: standard laminate, standard thickness, at finish na nababagay sa mataas na volume na reflow soldering nang hindi nagdaragdag ng gastos.

Copper: Ang Bahaging Nagdadala ng Agos

Ang tanso ay ang pangalawang mahalagang sangkap. Tinukoy ang foil ayon sa timbang, at sulit na isaulo ang conversion: ang isang onsa ng tanso na kumalat sa isang talampakang parisukat ay humigit-kumulang 35 microns ang kapal. Ang mga fine-pitch na digital na disenyo ay karaniwang tumatakbo sa kalahating onsa o isang onsa na foil, ang mga power board ay umabot sa dalawang onsa, at ang mabibigat na tanso ay umaabot sa tatlong onsa at higit pa.

Lumilitaw ang tanso sa mas maraming lugar kaysa sa mga nakikitang bakas. Sa panahon ng katha, ang karagdagang tanso ay nilagyan ng electroplated sa bawat drilled hole upang bumuo ng tuluy-tuloy na barrel wall, at ang mga panlabas na layer ay pattern-plated bago mag-ukit. Ang kalidad ng plating na iyon, hindi lamang ang kapal nito, ang magpapasya kung ang isang via ay makakaligtas sa paulit-ulit na thermal cycling.

Kapag tumaas ang kasalukuyang pangangailangan, kadalasang mas tanso ang sagot kaysa sa mas maraming lugar ng board. Ang mga heavy-copper na konstruksyon ay kumakalat ng load sa mga panloob na layer, na nagpapanatili sa pagtaas ng temperatura sa ilalim ng kontrol nang walang panlabas na heat sink.

14-Layer na Copper Ang makapal na Copper PCB ay gumagamit ng ultra-thick copper foil mula 3oz hanggang 20oz, na ipinagmamalaki ang pambihirang kapasidad na nagdadala ng kasalukuyang (mahigit sa 100A) at mataas na temperatura na resistensya ... Tingnan ang Produkto →

Kapag Fiberglass ang Maling Pinili

Sinasagot ng FR-4 ang karamihan sa mga tanong, ngunit tatlong materyal na pamilya ang pumalit kapag hindi nito magawa.

Metal-core at tanso-core board

Ang aluminyo ay ginagamit bilang base kapag ang init ay kailangang umalis nang mabilis sa board. Ang isang manipis na dielectric layer ay nakagapos sa aluminyo, ang copper circuitry ay nakaukit sa itaas, at ang metal backing ay nagsisilbing heat spreader. Ang mga bersyon ng copper-core ay higit pa, na nagdadala ng napakataas na kasalukuyang densidad sa LED lighting, motor drive, at power conversion. Kahit na manipis, ang dielectric layer na iyon ay kailangan pa ring pigilan ang buong gumaganang boltahe, kaya ang kapal at thermal conductivity nito ay ang dalawang numero na dapat suriin muna.

Single-Sided Aluminum PCB Ang mga substrate ng metal ay gumagamit ng aluminyo, tanso, at iba pang mga metal bilang kanilang pangunahing thermally conductive layer. Ang isang dalubhasang insulating dielectric ay nakakamit ng mahusay na pag-aalis ng init... Tingnan ang Produkto →

Mga ceramic na substrate

Ang alumina at aluminum nitride ay nagdadala ng thermal conductivity na walang polymer laminate ang maaaring tumugma, kasama ang isang koepisyent ng thermal expansion na malapit sa silicon. Lumilitaw ang mga ito sa mga high-power na LED module, RF power stage, at mga sensor na dapat patuloy na gumagana sa pamamagitan ng malawak na mga pagbabago sa temperatura.

Mga flexible na pelikula

Pinapalitan ng polyimide ang telang salamin kapag kailangang yumuko ang board. Ang parehong mga patakaran ng tanso at pagtatapos ay nalalapat, tanging ang base lamang ang nagbabago, at kasama nito ang mga panuntunan sa paghawak sa panahon ng pagpupulong.

Solder Mask, Silkscreen, at Surface Finishes

Ang solder mask ay isang epoxy-based na coating na inilapat sa ibabaw ng board at pagkatapos ay pinagaling. Pinipigilan nito ang paghihinang mula sa pagtulay sa pagitan ng mga pad, pinoprotektahan ang tanso sa ilalim mula sa kahalumigmigan at kontaminasyon, at binibigyan ang board ng pamilyar na kulay nito. Ang berde ay tradisyonal dahil ito ang may pinakamahabang track record sa imaging at inspeksyon, ngunit ang itim, asul, pula, at matte na itim ay nakagawian ngayon. Ang silkscreen na tinta ay naka-print sa ibabaw ng mask upang markahan ang mga sanggunian ng bahagi at polarity, at habang wala itong dala, ito ang unang bagay na umaasa sa isang assembly operator.

Ang pang-ibabaw na pagtatapos ay ang huling materyal na desisyon at isa sa mga pinakakinahinatnan. Ang hot air solder leveling ay ang murang opsyon, ang OSP ay organic at kumukupas pagkatapos ng ilang pag-reflow, at ang ENIG o immersion silver ay nagbibigay ng flat surface para sa mga fine-pitch na bahagi. Kung saan ang isang board ay ipinasok at inalis nang paulit-ulit, matigas na ginto ang sagot. Ang lahat ng aming mga natapos ay magagamit sa mga bersyon na walang lead.

Mga Materyal ng Circuit Board sa Isang Sulyap

Ang talahanayan sa ibaba ay nagbubuod sa mga materyal na sistema na pinakamadalas naming itayo at kung saan ginawa ang bawat isa.

Paano Pinipili ng Application ang Materyal

Ang pagpili ng materyal ay bihirang isang libreng pagpili. Sinusunod nito ang kapaligirang tirahan ng board.

Mga produkto ng consumer at appliance

Kung saan nangingibabaw ang gastos, karaniwang sapat na ang karaniwang FR-4 o CEM-3 na may HASL o OSP finish.

Kontrol sa sasakyan at pang-industriya

Ang vibration, thermal cycling, at mahabang buhay ng serbisyo ay nagtutulak ng mga disenyo patungo sa mga high-Tg laminates, mas makapal na tanso, at mga finish gaya ng ENIG na nakaligtas sa paulit-ulit na reflow.

Power at high-frequency na mga disenyo

Ang pamamahala sa thermal at integridad ng signal ay binibigyang-priyoridad, na nangangahulugang metal-core, ceramic, o PTFE-based na materyales sa halip na isang mas makapal na glass board.

Kung hindi ka sigurado kung saan nakalagay ang iyong produkto, nakakatulong na makita kung paano ginagawa ang mga katulad na board. Maaari kang mag-browse ang mga lugar ng aplikasyon na sinusuportahan namin upang makita ang mga kumbinasyon ng materyal na napatunayan na sa bawat segment.

Mga Praktikal na Tala mula sa Shop Floor

Ilang bagay na sinasabi namin sa mga customer na pumipili ng mga materyales sa unang pagkakataon:

1. Piliin ang tapusin bago ma-freeze ang layout, dahil nakasalalay dito ang geometry ng pad at via tenting.
2. Itugma ang bigat ng tanso sa kasalukuyang, hindi sa ugali, dahil ang sobrang laki ng tanso ay nagpapataas ng kahirapan sa pag-ukit at gastos.
3. Magtanong tungkol sa Tg nang maaga, dahil ang isang high-Tg laminate ay nagkakahalaga ng kaunti pa at nag-aalis ng isang buong klase ng mga pagkabigo sa field.
4. Kumpirmahin ang stack-up na drawing bago ilabas, dahil karamihan sa mga pagkaantala ay nagsisimula bilang isang nawawala o hindi maliwanag na layer.

Kung gusto mo ng mas malalim na pagtingin sa kung paano nakikipag-ugnayan ang laminate choice, copper weight, at finish, ang aming gabay sa pagpili ng FR-4, RF, at metal-core na materyales naglalakad sa mga paghahambing nang mas detalyado.

Kaya ano ang gawa sa mga circuit board? Glass cloth at epoxy resin, copper foil at plated barrels, isang solder mask, isang printed legend, at isang final finish na nagpapanatili sa lahat ng ito na solderable. Ang kawili-wiling bahagi ay hindi ang listahan mismo ngunit ang paraan ng mga materyales na iyon ay naitugma sa trabaho. Kunin ang tugmang iyon nang tama at tahimik na ginagawa ng board ang trabaho nito sa loob ng isang dekada o higit pa.