Твърди PCB

Какво е твърда печатна платка (PCB)?

Твърда ПЛС е отпечатана платка, изработена с твърди изолационни подложки като FR-4 епоксидна смола със стъклен плат, фенолна хартиена подложка или керамична подложка като основа. Има фиксирана форма, висока твърдост и не може да се огъва или сгъва. В момента това е най-широко използваният тип PCB. Неговите физически свойства са стабилни и няма еластичност при стайна температура. Може да осигури здрава опора за компоненти. Основната подложка е FR-4, която има зрели процес и контролируеми разходи. Във висококласови сценарии се използват керамични или полиимидни модифицирани твърди подложки, за да се отговаря на изискванията за висока топлопроводимост и висока честота. Структурата включва едностранни платки, двустранни и многослойни платки, а връзката между слоевете може да се осъществи чрез металозирани преходни отвори. Съвместима е със сложни схемни проекти, разполага със стандартизиран производствен процес и поддържа конвенционални методи за монтаж с висока степен на изходност.

Типовете твърди печатни платки могат да се класифицират въз основа на размери като броя на структурните слоеве, материала на подложката и приложните характеристики. Основните класификации са следните:

Класифициране по брой на структурните етажи

· Едностранна платка

Има само една страна с проводими медни фолиеви вериги, а другата страна е от основен материал. Има проста структура и най-ниска цена и е подходящ за нискомощни устройства с прости схеми (като дистанционни управления, играчки схеми платки, захранващи адаптери).

· Двустранна PCB

Двете страни имат медни фолиеви вериги, а свързването между слоевете се осъществява чрез металозирани преходи. Сложността на веригата е по-висока в сравнение с еднослойните платки, но цената е умерена. Широко се използва в битова електроника (зарядни подложки за мобилни телефони), индустриални контролни сензори и други приложения.

· Многослойна платка

Съдържа 3 или повече проводими слоя (често 4, 6, 8 слоя и до 40 слоя при висококласни модели), като слоевете са залепени чрез изолационни подложки. Преходните отвори се разделят на чрезходови, слепи и скрити отвори, които позволяват плътно окабеляване и са подходящи за сложни схеми (компютърни системни платки, автомобилни ЕСУ, основни контролни платки на медицинско оборудване).

Класифициран според материала на основата

· FR-4 PCB

Материалът на основата е стъклено влакно с епоксидна смола (FR-4), който се отличава с отлична изолация, устойчивост на топлина и механична якост при контролируеми разходи. Той представлява над 90% от пазара на твърди PCB и е подходящ за масови приложения като потребителска електроника, промишлен контрол и автомобили.

· Фенолна хартиена PCB (FR-1/FR-2)

Материалът на основата е фенолна смола и хартиено влакно. Има ниска цена, но слаба устойчивост на топлина и механична якост и се използва само в нискооборотни устройства (стари радиота, прости контролни платки за битова техника).

· Ceramic PCB

Материалът на основата е алуминиев оксид и алуминиев нитрид керамика, които имат отлична топлопроводност, висока изолация и устойчивост на високи температури. Подходящи са за високомощни и високочестотни приложения (като нови зарядни станции за електромобили и аерокосмическа техника).

· Метална PCB (алуминиева/медна)

Основният материал е метална плоча (алуминий/мед) + изолиращ слой + медна фолиа. Това разсейване на топлината далеч надминава това при обикновените FR-4 и също е известно като "PCB за отвеждане на топлина". Използва се в LED осветление, усилватели за мощност усилватели и промишлени контролери на честотни преобразуватели.

Класифициране по дебелина на медта/експлоатационни характеристики

· Стандартна дебелина на медната PCB

Дебелината на медната фолиа е ≤1oz (35μm), подходяща за обикновени вериги с малък ток (битова електроника, модули с ниска мощност).

· PCB с дебела (тежка) мед

Дебелината на медната фолиа е ≥2oz (70μm), с висока проводимост и добра топлопроводност, използва се в оборудване с висока мощност (модули за захранване, системи за електронен контрол на нови енергийни превозни средства).

· Високочестотна PCB

Основният материал е политетрафлуороетилен (PTFE) и материали Роджърс, със стабилна диелектрична константа и ниски загуби на сигнала. Подходящо за 5G комуникации, радарни и радиочестотни устройства.

Класифицирано според процеса за повърхностна обработка

· ПП с напръскан олово

Повърхността е покрита със слой олово, който осигурява добра запояемост и ниска цена и е подходящ за конвенционално оборудване.

· ПП с позлатена повърхност

Повърхността е от никелово-златен слой, устойчив на окисляване и с ниско контактно съпротивление. Подходящ е за високоточни съединители и ключови платки (като основни платки на мобилни телефони и медицинско оборудване).

· ПП с OSP покритие

Повърхността е покрита с органична защитна пленка, екологична е и с умерена цена. Използва се широко при технологията за повърхностно монтиране SMT в потребителската електроника.

Основната разлика спрямо гъвкавата PCB

Твърди печатни платки, с тяхната стабилна форма, висока механична якост и узряла технология, се използват широко в различни устройства, които изискват стабилност на веригата и фиксирано монтиране.

В областта на потребителската електроника

Използва се за компютърни системни платки/графични карти, основни платки на мобилни телефони, телевизионни захрани, печатни платки на рутери/приставки, както и за контролни платки на перални машини/хладилници и др. Възползвайки се от ниската цена и узрялата технология на FR-4 подложката, подходяща е за среди и малки мощности и отговаря на изискванията за стабилност на продукти за масов пазар.

Област на промишленото управление:

Прилага се за PLC модули, основни платки на промишлени компютри, печатни платки на преобразуватели на честота, контролни платки на серво задвижвания и сигнализационни платки на сензори. С характеристики като устойчивост на вибрации и добра термична устойчивост, многослойният дизайн осигурява сложна интеграция на вериги и е подходящ за тежки промишлени работни условия.

В областта на автомобилната електроника

Съвместим е с блокове за управление на двигателя (ECU), бордови централни контролни платки, основни платки на зарядни колонки, контролни платки на системи за управление на батерии (BMS) и драйверни платки на автомобилни лампи. Отличава се с висока надеждност (устойчивост към високи и ниски температури и вибрации), а типът с дебела медна покривка може да пренася големи токове, отговаряйки на бордовите стандарти за безопасност.

Медицинско оборудване:

Използва се за контролни платки на КТ апарати/ядрено-магнитен резонанс, платки на монитори, медицински силови модули и основни платки на глюкометри. Притежава отлична изолация и стабилна предавателна способност на сигнала, отговаряйки на строгите изисквания за безопасност и надеждност на медицинската индустрия.

Аерокосмическа област

Висококачествени твърди платки от керамика или високочестотни субстрати се използват за основни платки на спътникови устройства, платки за управление на бордови радари, разпределителни платки за електрозахранване на ракети и платки за управление на полета на безпилотни летателни апарати. Те могат да издържат на екстремни среди като високи и ниски температури и радиация и притежават отлична механична якост.

Област на оборудване за нови енергийни източници

Твърди платки с дебели медни слоеве се използват в инверторни платки за фотогалваника, платки за управление на батерии за съхранение на енергия и основни платки на преобразуватели за вятърна енергия. Те имат голяма способност за пренос на ток и добро охлаждане и са подходящи за изискванията на предаване и преобразуване на мощна електроенергия.

Област на комуникационно оборудване:

Високочестотни твърди платки, изработени от PTFE или Rogers субстрат, се използват за ВЧ платки на 5G базови станции, основни платки на комутатори и платки на оптични модули. Те се характеризират с ниско загуба на сигнала и поддържат предаване на данни с висока скорост.