Standardní deska plošných spojů

Význam standardních desek plošných spojů

Standardní PCB obecně se vztahují na desky tištěných obvodů vyráběné na základě specifikací průmyslových norem, přičemž se používají vyspělé procesy a konvenční substráty. Jsou to koncepty, které se vztahují ke speciálním PCB. Jejich hlavními charakteristikami jsou vysoká všestrannost, standardizované procesy a kontrolovatelné náklady. Tyto systémy splňují především základní potřeby připojení obvodů v běžných scénářích, jako je spotřební elektronika a průmyslové řízení.

Standardizace substrátu

Běžně se používá sklolaminát s epoxidovou pryskyřicí FR-4 (zahrnuje více než 90 % všech standardních DPS), zatímco fenolická papírová deska (FR-1/FR-2) se používá jen v několika aplikacích. Vlastnosti substrátu splňují obecné

normy IPC (International Electron Industries Connection Association), UL a dalších norem. Například FR-4 má teplotu skelného přechodu (Tg) přibližně 130~150 ℃, tepelnou vodivost 0,3~0,5 W/(m·K) a

dielektrickou konstantu (Dk) 4,2~4,7 @ 1 GHz. Má stabilní vlastnosti a nízkou cenu.

Standardizace procesu

Podle celosvětově uznávaných procesů výroby DPS (příprava materiálu → vrtání → mědění → galvanizace → expozice → leptání → pájecí maska → povrchová úprava → tváření → testování) jsou všechny zpracovatelské parametry a

požadavky na přesnost v rámci odvětví standardizované:

· Standardní šířka tratě/vzdálenost: ≥0,1 mm (4 mil);

· Minimální průměr otvoru: ≥0,3 mm;

· Povrchová úprava: Upřednostňuje standardizované procesy, jako jsou HASL (High-Speed Iron Lamination), ENIG (Engineering Injection Gold) a niklování-zlatění;

· Počet vrstev: Převážně jedno- / oboustranné desky, vícevrstvé desky (4~8 vrstev) spadají také do standardního rozsahu (více než 12 vrstev je většinou klasifikováno jako vysoce výkonné DPS).

Zobecnění aplikačních scénářů

Kompatibilní s běžnými obvody bez zvláštních požadavků na výkon, například:

· Spotřební elektronika: Matičky televizorů, síťové směrovače, řídicí desky malých domácích spotřebičů;

· Průmyslová regulace: běžné moduly PLC, řídicí desky nízkonapěťových relé;

· Kancelářská zařízení: matiční desky tiskáren, řídicí desky kopírek;

· Automobilová elektronika: desky plošných spojů pro zábavní systémy uvnitř vozidel.

Hlavní rozdíl mezi standardními DPS a speciálními DPS

Klíčové průmyslové specifikace pro standardní DPS

· Mezinárodní normy: IPC-2221: Obecný návrhový standard pro tuhé DPS;

· IPC-6012: Kvalifikační a výkonnostní specifikace pro tuhé DPS;

· UL 94: Norma odolnosti proti hoření (standardní DPS musí splňovat hodnocení V-0).

· Normy rozměrů: Běžné velikosti desek jsou 1,2 m × 1 m, 1,2 m × 1,5 m atd., tloušťky jsou především 0,8 mm, 1,0 mm a 1,6 mm (nejrozšířenější), což splňuje požadavky na montáž většiny zařízení.

· Zkušební normy: DPS musí projít testem spojitosti (test létající sondy/test seznami spojů), testem izolačního odporu a testem pájitelnosti před opuštěním továrny, aby bylo zajištěno, že základní elektrické vlastnosti splňují normy.

Běžné typy

Klasifikace podle počtu vrstev:

· Jednostranný DPS: Obvod je pouze na jedné straně, nejnižší náklady, vhodné pro jednoduché obvody;

· Dvoustranný DPS: Obě strany mají obvodovou výbavu, které jsou propojeny přes vrtané kontaktové otvory (vias), což je běžný typ standardní desky plošných spojů;

· Vícevrstvá deska plošných spojů (4–8 vrstev): Zahrnuje vnitřní vrstvy obvodů, vhodná pro složité obvody, stále spadá do kategorie standardních desek.

· Dle konstrukce: Všechny jsou tuhé desky plošných spojů (flexibilní desky jsou speciální desky), mají pevný tvar a nelze je ohýbat.

Standardní desky plošných spojů (především založené na substrátu FR-4) se staly nejrozšířenějším typem desek plošných spojů v elektronických zařízeních díky svým základním vlastnostem, jako je standardizace, univerzálnost a vysoká cenová efektivita. Jejich konkrétní výhody jsou následující:

Neporovnatelná cenová výhoda

· Nízká cena substrátu: Sklolaminát FR-4 z epoxidové pryskyřice je v současnosti substrátem pro desky plošných spojů s největším objemem sériové výroby. Cena surovin činí pouze 1/10 až 1/50 ceny speciálních substrátů, jako jsou keramika nebo Rogers, a

dodávky jsou stabilní;

· Nízké náklady procesu: Využívá zcela standardizovaný výrobní proces, bez nutnosti speciálního vybavení nebo přizpůsobených postupů, a výtěžnost hromadné výroby dosahuje až 98 % a více, čímž se dále snižují jednotkové náklady;

· Nízké náklady nákupu: Trh je dostatečně zásoben a průmyslové řetězce vstupů i výstupů jsou vyspělé (desky, zpracování, testování).

Dokonce i při nákupech středních a malých sérií lze získat nízké jednotkové ceny, což jej činí vhodným pro cenově citlivé produkty, jako jsou spotřební elektronika a malé domácí spotřebiče.

Vyvinutý systém standardizace

· Standardizace návrhu: Podle celosvětově uznávaných norem, jako jsou IPC-2221 a UL, mohou navrhovatelé přímo používat ověřené knihovny návrhů bez nutnosti opakovaného ověřování;

· Standardizace procesu: Od vrtání a galvaniky po nanášení laku proti pájení a formování – všechny procesy mají jasné průmyslové normy, standardní desky plošných spojů vyrobené různými výrobci jsou vysoce kompatibilní, a proto nedochází k

nutno upravit návrh při změně dodavatelů;

· Standardizace testování: Ověřovací procesy, jako je test spojitosti, test izolace a test pájivosti, jsou sjednoceny, kvalita výrobku lze kvantifikovat a sledovat, čímž se snižují rizika kvality.

Široký rozsah univerzálnosti a přizpůsobivosti

· Přizpůsobivost scénářům:

** Pokrývá více než 90 % běžných elektronických zařízení, včetně spotřební elektroniky (televize, směrovače), průmyslové automatizace (běžné PLC), kancelářské techniky (tiskárny) a automobilové elektroniky (palubní zábavní systémy),

eliminuje potřebu přizpůsobení pro jednotlivé scénáře. **Kompatibilita komponent:

** Podporuje všechny běžně používané typy pouzder komponent (plošné i vrtané), přizpůsobuje se hlavním pájecím procesům, jako jsou THT a SMT, a nabízí vysokou flexibilitu návrhu.

· Pokrytí vrstev:

** Od jednostranných desek po 8vrstvé desky, vše spadá do kategorie standardních DPS, čímž pokrývají potřeby od jednoduchých obvodů (ovládací desky hraček) až po složité obvody (základní desky počítačů).

Stabilní základní výkon

· Spolehlivý elektrický výkon: Stabilní dielektrická konstanta (4,2–4,7 při 1 GHz), izolační pevnost splňuje požadavky běžných nízko- a vysokonapěťových obvodů (vydrží napětí AC 2000 V), signálový přenos

ztráty jsou zanedbatelné v nízkofrekvenčních situacích (< 2 GHz);

· Splňuje standardy mechanického výkonu: Vysoká tvrdost a obtížná deformace, 1,6mm silná FR-4 DPS odolá běžnému montážnímu zatížení (např. upevnění šroubem a zapojování/vytahování konektorů), čímž splňuje

požadavky na konstrukční podporu zařízení;

· Přizpůsobivost prostředí: Dlouhodobý výkon se nezhoršuje při normální teplotě (-20 °C až 85 °C) a v suchém prostředí, vhodné pro provozní podmínky většiny elektronických zařízení určených do interiéru.

Pohodlný dodavatelský řetězec a dodání

· Krátká výrobní doba: Standardizované procesy eliminují potřebu individuálního vývoje, dodací lhůta pro malé a střední sériové objednávky činí pouze 3–5 dny, což je mnohem rychlejší než u specializovaných desek plošných spojů (obvykle 10–15 dní);

· Široký výběr dodavatelů: Desítky tisíc standardních výrobců desek plošných spojů po celém světě, od velkých továren až po malé dílny, poskytují kupujícím dostatek prostoru pro vyjednávání;

· Pohodlný servis a údržba: Standardní desky plošných spojů nabízejí nízké náklady na detekci a výměnu poruch, díky čemuž mohou technici rychle identifikovat obvody a nahradit součástky, čímž se snižují prostoji zařízení

náklady na údržbu.

Nízkoprahový návrh a výroba

Nízký vstupní práh pro návrh: Inženýři nemusí ovládat vlastnosti speciálních substrátů (např. slinovací proces keramiky nebo vysokofrekvenční návrh Rogers), postačují běžné znalosti z oblasti elektroniky

dokončete návrh. Nízký práh výroby: malé a střední továrny mohou dosáhnout hromadné výroby pomocí standardizovaného vybavení (vrtací stroje, expozice, leptací linky) bez vysokých investic do zařízení

investice, což dále snižuje náklady.