PCB-Laminaten Beheersen: De Ultieme Gids voor Ingenieurs

Men neemt vaak voor gegreven hoe complex de structuur van printplaten kan zijn. Omdat we PCB's gebruiken voor verschillende toepassingsgebieden, vereist elk specifieke materialen. Laminaten zijn een essentieel materiaal. Fabrikanten gebruiken ze om PCB's te ontwikkelen en te fabriceren. Het is dus noodzakelijk om de verschillende beschikbare laminaten te begrijpen. Deze gids verkent alles wat u moet weten over PCB-laminaten.

Wat zijn PCB-Laminaten?

Over het algemeen hebben PCB's vier lagen: silkscreen, soldeermasker, koper en substraat (van boven naar beneden). Consequent moeten deze lagen samen gebonden worden om een functionele structuur voor de PCB te vormen. Het doel van de PCB-laminaat is om de PCB-lagen samen te houden.

Laminaten zijn vaak koperbeklede materialen die doorgaans bestaan uit bladen hars. De hars die fabrikanten gebruiken om laminaten te construeren is meestal epoxy-gebaseerd. Het kan echter ook uit andere stoffen bestaan. De fabrikant verhardt de bladen eerst met thermohars om de laminaat te creëren. Vervolgens worden deze harsbladen samengeperst door twee koperen foliebladen aan elke platte zijde van de verzameling aan te brengen.

Tot slot past de fabrikant warmte en kracht toe totdat de bladen samen gebonden zijn. Na verharding lijkt de laminaat op een plastic of hard glasachtig materiaal.

Wat Is Het Verschil Tussen Laminaten en Prepregs?

Prepregs zijn doorgaans bladen versterkt glasvezel. Prepreg-fabrikanten produceren ze door deze glasvezelbladen te impregneren met verhardingsmiddelen zoals epoxyhars. Dit proces verschilt fundamenteel van het ontwikkelen van laminaten. Laminaten bestaan vaak uit bladen prepreg. Prepregs zijn slechts verhardde en geïmpregneerde stoffen. In tegenstelling tot laminaten, die geperste en verwarmde bladen materiaal zijn.

Typen PCB-Laminaten

Zoals eerder gezegd, gebruiken we verschillende PCB's voor verschillende toepassingen. Apparaatcomponentfabrikanten kunnen bijvoorbeeld flexibele PCB's gebruiken in compacte apparaten. De meest voorkomende typen PCB-laminaten zijn:

FR-4 (FR4)

FR-4 verwijst naar glasversterkte epoxyhars-laminaten. Het is een vlamvertragend materiaal. De naam FR-4 (FR = Flame Retardant). FR-4 is het populairste materiaal voor PCB-substraten. Dit komt door de hoge mechanische en elektrische sterkte. Daarnaast beschikt het over hoge thermische dissipatie wanneer fabrikanten additieven toepassen. Verder kunnen deze additieven de stabiliteit, betrouwbaarheid en vermogensspecificaties van het materiaal verhogen.

FR-4 kan schakelingen met een hoog laagaantal accommoderen vanwege de consistentie. Als zodanig is het geschikt voor hoogfrequente PCB-fabricatie.

Polyimide

Fabricanten waarderen polyimidelaminaten om hun naturele hoge thermische efficiëntie. Daarnaast zijn ze doorgaans betrouwbaarder dan FR-4-materialen. Dit is voornamelijk te wijten aan hun lage warmte-uitzetting. Daardoor implementeerden apparaatfabrikanten ze in elektronica die in harde omgevingen wordt gebruikt. Bovendien maakt het ze zeer geschikt voor PCB-ontwerpen die meerdere lagen vereisen. Fabrikanten gebruiken dit materiaal echter voor flexibele PCB-productie.

Teflon

Fabrikanten gebruiken doorgaans Teflon-laminaten om hoogspedite PCB's te ontwikkelen. Dit is vanwege hun uitstekende elektrische eigenschappen. Net als bij FR-4 kunnen fabrikanten additieven aan Teflon toepassen om de mechanische spanning te verhogen.

Teflon is een van de duurste laminaatmaterialen. Als zodanig is het een van de minst populaire materialen in PCB-fabricatie en -productie. Daarnaast vereist het vaardigheid, hoge expertise en gespecialiseerde apparatuur om Teflon-gebaseerde laminaten te produceren.

High Tg Epoxy

High Tg Epoxy is een laminaatmateriaal met een hoge glasovergangstemperatuur (ook wel vitrificatietemperatuur genoemd). Vanwege dit kenmerk heeft het een uitstekende hittebestendigheid. Daardoor is het zeer geschikt voor gebruik in industriële toepassingen en machines. Daarnaast heeft High Tg Epoxy uitstekende chemische en vochtbestendigheid. Fabrikanten gebruiken het doorgaans in de constructie van meerlaagse PCB's.

BT-Epoxy

BT-Epoxy is een combinatie van bismaleimide triazine en epoxyhars. Fabrikanten waarderen het vanwege de vermogen om de structuur onder extreme temperaturen te behouden. Het heeft uitstekende elektrische en mechanische eigenschappen. Daarom is het zeer geschikt voor militaire en industriële toepassingen. Echter, loodvrije en meerlaagse PCB's zijn de meest voorkomende PCB's die BT-Epoxy-laminaten gebruiken.

Andere Materialen

De bovenstaande materialen zijn niet de enigen die fabrikanten gebruiken om laminaten te produceren. Bijvoorbeeld, we gebruiken koperbeklede laminaten voor hoogfrequente PCB's. Daarnaast kunnen we keramische stoffen, cyanate esters, en andere hars- en chemische combinaties gebruiken.

Echter, deze materialen zijn misschien niet de moeite waard om te noemen, omdat fabrikanten ze niet zoveel implementeren als de andere materialen in deze gids. Bovendien kunnen ze duurder en moeilijker te bewerken zijn.

Eigenschappen van Laminaten

Bij het selecteren van het geschikte materiaal en laminaat voor uw PCB, overweeg een paar attributen. Deze eigenschappen kunnen thermisch, mechanisch of elektrisch zijn. Deze sectie verkent deze eigenschappen.

Thermische Eigenschappen

• Glasovergangstemperatuur (Tg): Laminaten verliezen hun structurele integriteit wanneer ze een bepaald temperatuurbereik bereiken. We gebruiken de glasovergangstemperatuur om te identificeren wanneer de laminaat verzacht en verhardt.
• Ontbindingstemperatuur (Td): Beschrijft het temperatuurpunt waarop de laminaat begint te lijden onder permanente schade (smelten). Het is dus belangrijk om PCB-laminaten te gebruiken wier werkingtemperaturen lager zijn dan de ontbindingsranges.
• Thermische Uitzettingscoëfficiënt (CTE): Beschrijft de uitzettingsgraad van de laminaat. Als we warmte introduceren die de CTE-drempel overschrijdt, begint het te uitzetten. Het is dus belangrijk om de thermische uitzettingscoëfficiënt te begrijpen bij het integreren van een PCB in een apparaat.
• Thermischegeleiding (k): Een eigenschap die de capaciteit van een laminaat beschrijft om warmte over te dragen of te geleiden. Het wordt voorgesteld in Kelvins.

Elektrische Eigenschappen

• Dielektrische Constante (ϵr): Beschrijft de elektrische en relatieve permeabiliteit van de laminaat. In essentie kan het variëren tussen 3,5 en 5,5 ϵr.
• Dielektrische Verlies Tangens (tan δ): Vertegenwoordigt de kwantificeerbare diffusie van elektrische energie in de laminaat. Doorgaans hebben PCB-laminaten een tan δ tussen 0,02 en 0,0001.
• Elektrische/Volume Weerstand (ρ): Vertegenwoordigt de capaciteit van de laminaat om elektrische stroom te weerstaan. Over het algemeen hebben laminaten een elektrische weerstand tussen 10³ en 10¹⁰ Ω⋅m (megaohms).
• Oppervlakte Weerstand (ρS): Geeft de externe weerstand van de laminaat aan. Vocht en temperatuur kunnen dit beïnvloeden.
• Elektrische Sterkte: Vertegenwoordigt de capaciteit van de laminaat om een elektrische doorbraak te weerstaan. Men noemt dit ook dielektrische sterkte. We gebruiken volts per meter om het weer te geven.

Chemische Eigenschappen

• Brandbaarheid: Een eigenschap die de capaciteit van de laminaat vertegenwoordigt om vlamontsteking te weerstaan. Hoewel de meeste laminaten brandvertragend zijn, kunnen ze nog steeds lijden onder externe branden. Deze eigenschap geeft aan hoe lang een laminaat brandt als het in brand staat.
• Vochtabsorptie: Vertegenwoordigt hoeveel atmosferisch vocht een laminaat kan weerstaan. Vooral wanneer we de laminaat in water dompelen. Deze waarde beïnvloedt de thermische en dielektrische eigenschappen van de laminaat.
• Methylenechloride Weerstand: Geeft de chemische weerstand van de laminaat aan. Specifiek tegen dichloormethaan (of methylenechloride).

Mechanische Eigenschappen

• Afstrijksterkte: Verwijst naar de sterkte van de binding die de verschillende lagen van de laminaat verbindt.
• Buigsterkte: Beschrijft de capaciteit van de laminaat om fysieke spanning te weerstaan. Basiselijk is het treksterkte. Deze eigenschap geeft aan hoeveel druk u kunt uitoefenen en een laminaat kunt buigen voordat het breekt.
• Dichtheid: Verwijst naar de massa of dikte van de laminaat.
• Delaminatietijd: Geeft de hoeveelheid tijd aan die een laminaat kan weerstaan tegen boven-drempel temperaturen voordat het begint te deconstructeren.

Hoe PCB-Laminaatmateriaal te Selecteren

Wanneer u het materiaal voor uw elektrische/PCB-laminaat overweegt, zijn er een paar dingen om te overwegen naast de technische specificaties of eigenschappen. Andere aspecten die u moet overwegen zijn:

De Kosten

Bij het selecteren van PCB-laminaten moet de kost altijd het eerst worden bekeken. Hoewel het redelijk kan lijken om de duurste materialen te bemachtigen, is dat niet ideaal voor grote producties. Opnieuw, FR-4 is het populairste PCB-laminaatmateriaal. Als zodanig is het het minst kostbaar om te verkrijgen. Het heeft een hoge betrouwbaarheid en is geschikt voor zowel enkelvoudige als meerlaagse PCB's. Hoewel u duurdere materialen in uw ontwerpen kunt integreren (zoals goud), moet u een meer pragmatische benadering overwegen. Wij raden aan stof te kopen die alles doet wat u nodig hebt en u het meeste geld bespaart.

De Kwaliteit

De kwaliteit snijdt iets met de kosten. Hoogwaardige materialen zijn doorgaans duurder. U kunt echter een balans vinden tussen deze twee aspecten. U moet uw materialen bemachtigen bij een groothandel of producent met een reputatie voor het verkopen van topkwaliteit stoffen tegen een redelijke prijs.

De PCB-Fabrikant

Bij het kiezen van materialen voor uw laminaten die uiteindelijk uw PCB zullen worden, is het best om te collaboreren met een gerenommeerde PCB-fabrikant. Deze fabrikant moet zeer ervaren zijn met de materialen die u van plan bent te integreren in uw laminaat. De fabrikant moet bekend zijn met een verscheidenheid aan glasvezel- en stofstijlen.

Bovendien moeten ze in staat zijn om uw PCB-ontwerpen en materiaalkeuze te valideren. Wij hebben u gedekt met onze modern uitgeruste fabrieken, van prototyping tot massaproductie. Neem contact op met Wellpcb.com voor al uw PCB-fabricagebehoeftes.

Samenvatting

Voordat PCB's bestonden, moesten elektronische apparaatfabrikanten vertrouwen op punt-naar-punt constructies en wire-wrap ontwerpen. Het is veilig om te zeggen dat moderne PCB's huidige elektronica mogelijk maken. De effectiviteit van de printplaten is sterk afhankelijk van het gebruikte materiaal. Zoals de bovenstaande gids benadrukt, is dit de reden waarom laminaten en laminaatmaterialen zo belangrijk zijn. Toch hopen we dat u deze gids nuttig heeft gevonden. Wie altijd, bedankt voor het lezen.