PCB-laminaten:een uitgebreide handleiding

Mensen nemen vaak als vanzelfsprekend aan hoe complex de structuur van printplaten kan zijn. Omdat we PCB's voor verschillende toepassingsgebieden gebruiken, 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 laminaten die voor u beschikbaar zijn te begrijpen. In deze gids vindt u alles wat u moet weten over PCB-laminaten.

Wat zijn PCB-laminaten?

Een robotapparaat dat miniatuur-PCB's ontwikkelt met daarin een laminaat

Over het algemeen hebben PCB's vier lagen:zeefdruk, soldeermasker, koper en substraat (van boven naar beneden). Bijgevolg moeten deze lagen aan elkaar binden om een ​​functionele structuur voor de PCB te vormen. Het doel van het PCB-laminaat is dus om de PCB-lagen aan elkaar te bevestigen.

Laminaten zijn vaak met koper beklede materialen die meestal uit harsvellen bestaan. De hars die fabrikanten gebruiken om laminaten te maken, is meestal op epoxybasis. Het kan echter ook uit andere stoffen bestaan. Niettemin hardt de fabrikant de platen eerst uit met thermohardende hars om het laminaat te maken. Vervolgens persen we deze harsvellen samen door op elke vlakke zijde van de collectie twee koperen folievellen aan te brengen.

Ten slotte past de fabrikant warmte en kracht toe totdat de vellen aan elkaar binden. Nadat laminaat is uitgehard, lijkt het op een plastic of hard glasachtig materiaal.

Wat is het verschil tussen laminaat en prepregs?

Koolstofvezeltechnologie-faciliteit die prepreg-materiaal produceert
Bron:Flickr (CC – Generiek)

Prepregs zijn meestal platen van versterkt glasvezel. Prepreg-fabrikanten ontwikkelen ze door deze glasvezelplaten aan te brengen of voor te impregneren met verharders zoals epoxyhars. Dienovereenkomstig is dit heel anders dan het proces van het ontwikkelen van laminaten. Laminaten bestaan ​​vaak uit vellen prepreg. Prepregs zijn gewoon uitgeharde en geïmpregneerde stoffen. Daarentegen zijn laminaten onder druk staande en verwarmde vellen materiaal.

Soorten PCB-laminaten

Verzameling van printplaten

Zoals eerder vermeld, gebruiken we verschillende printplaten voor verschillende toepassingen. Fabrikanten van apparaatcomponenten kunnen bijvoorbeeld flexibele PCB's gebruiken in compacte apparaten. De meest voorkomende soorten PCB-laminaten zijn:

FR-4 (FR4)

Met koper beklede Fr-4 PCB

FR-4 verwijst naar glasversterkte epoxyharslaminaten. Het is een vlamvertragend materiaal. Vandaar de naam FR-4 (FR =Vlamvertragend). Niettemin is FR-4 het meest populaire materiaal voor PCB-substraten. Dit feit is te danken aan de hoge mechanische en elektrische sterkte. Bovendien heeft het een hoge thermische dissipatie wanneer fabrikanten additieven toepassen. Bovendien kunnen deze additieven de stabiliteit, betrouwbaarheid en vermogensspecificaties van het materiaal verhogen.

Desalniettemin kan FR-4 vanwege zijn constantheid circuits met een hoog aantal lagen accommoderen. Als zodanig is het geschikt voor hoogfrequente PCB-fabricage.

Polyimide

Flex PCB die polyimide materiaal gebruikt
Bron:Wikimedia Commons

Fabrikanten waarderen polyimidelaminaten vanwege hun aangeboren hoge thermische efficiëntie. Bovendien zijn ze meestal betrouwbaarder dan FR-4-materialen. Dit feit is voornamelijk te wijten aan hun lage warmte-uitzetting. Daarom implementeren apparaatfabrikanten ze in elektronica die mensen in ruwe omgevingen gebruiken. Bovendien zijn ze zeer geschikt voor PCB-ontwerpen die meerdere lagen vereisen. Fabrikanten gebruiken dit materiaal echter voor flexibele PCB-productie.

Teflon

Fabrikanten gebruiken meestal Teflon-laminaten om high-speed PCB's te ontwikkelen. Overigens vanwege hun briljante elektrische eigenschappen. Net als bij FR-4 kunnen fabrikanten additieven op Teflon toepassen om hun mechanische belasting te verhogen.

Teflon is een van de duurste laminaatmaterialen. Als zodanig is het een van de minst populaire materialen bij de fabricage en productie van PCB's. Bovendien vereist het vakmanschap, hoge expertise en gespecialiseerde apparatuur om laminaat op Teflon-basis te vervaardigen.

Hoge Tg-epoxy

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

BT-epoxy

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

Andere materialen

Glasvezelmateriaal

De hierboven genoemde materialen zijn niet de enige die fabrikanten gebruiken om laminaten te produceren. We gebruiken bijvoorbeeld met koper beklede laminaten voor hoogfrequente PCB's. Daarnaast kunnen we keramische stoffen, cyanaatesters en andere hars- en chemische combinaties gebruiken.

Deze materialen zijn echter misschien niet het vermelden waard omdat fabrikanten ze niet zo vaak implementeren als de andere materialen in deze gids. Bovendien kunnen ze ook duurder en moeilijker te manipuleren zijn.

Eigenschappen van laminaat

Houd bij het selecteren van het geschikte materiaal en laminaat voor uw PCB rekening met enkele kenmerken. Deze eigenschappen kunnen thermisch, mechanisch of elektrisch zijn. In deze sectie worden deze eigenschappen onderzocht.

Thermische eigenschappen

PCB met brandwonden door kortsluiting

• Glasovergangstemperaturen (Tg) :Laminaten verliezen hun structurele integriteit wanneer ze een bepaald temperatuurbereik bereiken. Daarom gebruiken we de glasovergangstemperatuur om te helpen bepalen wanneer het laminaat zachter en harder wordt.
• Ontledingstemperatuur (Td): Beschrijft het temperatuurpunt wanneer het laminaat blijvende schade begint op te lopen (smelten). Het is dus belangrijk om PCB-laminaten te gebruiken waarvan de bedrijfstemperaturen lager zijn dan het ontledingsbereik.
• Coëfficiënt van thermische uitzetting (CTE): Beschrijft de uitzettingssnelheid van het laminaat. Als we warmte introduceren in het laminaat dat voorbij de CTE-drempel komt, zal het beginnen uit te zetten. Daarom is het belangrijk om onder de thermische uitzettingscoëfficiënt te blijven bij het integreren van een PCB in een apparaat.
• Thermische geleidbaarheid (k): Een eigenschap die het vermogen van een laminaat om warmte over te dragen of te geleiden beschrijft. Het wordt vertegenwoordigd door Kelvins.

Elektrische eigenschappen

Macrofoto van een printplaat

• Diëlektrische constante ( ϵr ) :Beschrijf de elektrische en relatieve permeabiliteit van het laminaat. In wezen kan het variëren tussen 3,5 en 5,5 ϵr.
• Diëlektrisch verlies tangens (tan δ): Vertegenwoordigt de kwantificeerbare diffusie van elektrische energie in het laminaat. Gewoonlijk hebben PCB-laminaten een tan δ tussen 0,02 en 0,0001.
• Elektrische/volumeweerstand (ρ): Vertegenwoordigt het vermogen van het laminaat om elektrische stroom te weerstaan. Over het algemeen hebben laminaten een elektrische weerstand tussen 103 en 1010 m (megaohm).
• Oppervlakteweerstand (ρS): Geeft de externe soortelijke weerstand van het laminaat aan. Het vocht en de temperatuur kunnen dit beïnvloeden.
• Elektrische sterkte: Vertegenwoordigt het vermogen van het laminaat om een ​​elektrische storing te weerstaan. Overigens noemen mensen het ook wel diëlektrische sterkte. We gebruiken volt per meter om het weer te geven.

Chemische eigenschappen

Printplaten ondergedompeld in water en zeep.

• Ontvlambaarheid: Een eigenschap die het vermogen van dat laminaat vertegenwoordigt om vlamontstekingen te weerstaan. Hoewel de meeste laminaten vaak ontvlambaar zijn, kunnen ze toch last hebben van externe branden. Deze eigenschap geeft dus aan hoe lang een laminaat in brand staat.
• Vochtopname: Geeft weer hoeveel atmosferisch vocht een laminaat kan weerstaan. Zeker als we het laminaat onderdompelen in water. Niettemin heeft deze waarde invloed op de thermische en diëlektrische eigenschappen van het laminaat.
• Methyleenchloride-weerstand: Geeft de chemische bestendigheid van het laminaat aan. Specifiek voor dichloormethaan (of methyleenchloride).

Mechanische eigenschappen

Geautomatiseerde productie van een RAM-module die gebruikmaakt van een geminiaturiseerde PCB

• Peelsterkte: Verwijst naar de sterkte van de verbinding die de verschillende lagen van het laminaat verbindt.
• Flexurale kracht: Beschrijft het vermogen van het laminaat om fysieke belasting te weerstaan. Kortom, het is treksterkte. In wezen geeft deze eigenschap aan hoeveel u druk kunt uitoefenen en een laminaat kunt buigen voordat het uiteindelijk breekt.
• Dichtheid: Verwijst naar de massa of dikte van het laminaat.
• Tijd van delaminatie: Geeft de hoeveelheid tijd aan die een laminaat kan weerstaan ​​boven drempeltemperaturen voordat het begint te deconstrueren.

Hoe PCB-laminaatmateriaal te selecteren

Een machine die gaten boort in een printplaat

Als je kijkt naar het materiaal voor je elektrisch/PCB laminaat, zijn er naast de technische specificaties of eigenschappen nog een paar dingen waar je rekening mee moet houden. Andere aspecten die u moet overwegen zijn:

De kosten

Bij het selecteren van PCB-laminaten moet altijd eerst naar de kosten worden gekeken. Hoewel het misschien redelijk lijkt om de duurste materialen te kopen, is het misschien niet ideaal voor grote producties. Nogmaals, FR-4 is het meest populaire PCB-laminaatmateriaal. Als zodanig is het het minst duur om te verwerven. Het heeft een hoge betrouwbaarheid en is geschikt voor enkellaagse en meerlaagse PCB's. Hoewel u duurdere materialen kunt vinden en integreren in uw ontwerpen (zoals goud), moet u een meer pragmatische aanpak overwegen. We raden aan om stof te kopen die alles doet wat je nodig hebt, terwijl je het meeste geld bespaart.

De kwaliteit

Verzameling van groene prototypeborden

De kwaliteit kruist enigszins met de kosten. Hoogwaardige materialen zijn vaak duurder. U kunt echter nog steeds een evenwicht vinden tussen deze twee aspecten. Daarom moet u uw materialen betrekken bij een groothandel of producent met een reputatie voor het verkopen van stoffen van topkwaliteit tegen een redelijke prijs.

De PCB-fabrikant

Geautomatiseerd ijzer dat een PCB soldeert

Bij het kiezen van de materialen voor uw laminaten die uiteindelijk uw PCB zullen worden, kunt u het beste samenwerken met een gerenommeerde PCB-fabrikant. Deze fabrikant moet veel ervaring hebben met de materialen die u in uw laminaat wilt integreren. 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. We hebben u gedekt met onze modern uitgeruste fabrieken van prototyping tot massaproductie. Neem contact op met Wellpcb.com voor al uw PCB-productiebehoeften.

Samenvatting

PCB met naast afschermingsmateriaal

Vóór de komst van PCB's moesten fabrikanten van elektronische apparaten vertrouwen op point-to-point-constructies en wire-wrap-ontwerpen. Het is veilig om te zeggen dat moderne PCB's de 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. Desalniettemin hopen we dat u deze gids nuttig vond. Zoals altijd, bedankt voor het lezen.