Σκληροί PCBs

Σκληρός PCB είναι ένα πλακέτο κυκλώματος κατασκευασμένο με σκληρά μονωτικά υποστρώματα όπως υπόστρωμα γυάλινου υφάσματος εποξειδικής ρητίνης FR-4, υπόστρωμα φαινολικού χαρτιού ή κεραμικό υπόστρωμα ως πυρήνα. Έχει σταθερό σχήμα, υψηλή σκληρότητα και δεν μπορεί να λυγιστεί ή διπλωμένο. Αυτή τη στιγμή είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος PCB. Οι φυσικές του ιδιότητες είναι σταθερές και δεν έχει ευελιξία σε θερμοκρασία δωματίου. Μπορεί να παρέχει στέρεη στήριξη για εξαρτήματα. Το κυρίαρχο υπόστρωμα είναι το FR-4, το οποίο έχει ώριμη διαδικασία και έλεγχο κόστους. Σε υψηλού επιπέδου σενάρια, χρησιμοποιούνται κεραμικά ή πολυϊμίδιο με τροποποιημένο σκληρό υπόστρωμα για να πληρούνται οι απαιτήσεις υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και υψηλής συχνότητας. Η δομή περιλαμβάνει μονόπλευρες πλακέτες, διπλόπλευρες πλακέτες και πολυεπίπεδες πλακέτες, και η διασύνδεση μεταξύ στρώσεων μπορεί να επιτευχθεί μέσω μεταλλικών οπών. Είναι συμβατό με περίπλοκα σχέδια κυκλωμάτων, διαθέτει τυποποιημένη διαδικασία παραγωγής και υποστηρίζει συνηθισμένες τεχνικές συναρμολόγησης με υψηλό ποσοστό απόδοσης.

Οι τύποι σκληρών πλακετών μπορούν να κατηγοριοποιηθούν βάσει διαστάσεων όπως ο αριθμός των δομικών στρώσεων, το υλικό υποστρώματος και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής. Οι βασικές κατηγοριοποιήσεις είναι οι ακόλουθες:

Κατηγοριοποίηση βάσει του αριθμού των δομικών επιπέδων

· Μονό πλαίσιο

Έχει μόνο μία πλευρά με κυκλώματα από αγώγιμο χαλκό και την άλλη πλευρά ως βασικό υλικό. Έχει απλή δομή και το χαμηλότερο κόστος, και είναι κατάλληλο για συσκευές χαμηλής ισχύος με απλά κυκλώματα (όπως τηλεχειριστήρια, ηλεκτρονικά παιχνίδια, κυκλώματα πλακετών τροφοδοτικών).

· Διπλής όψεως PCB

Και οι δύο πλευρές έχουν κυκλώματα από φύλλο χαλκού, ενώ η διασύνδεση μεταξύ των στρώσεων επιτυγχάνεται μέσω μεταλλικών οπών. Η πολυπλοκότητα του κυκλώματος είναι υψηλότερη από αυτή των μονόπλευρων πλακετών, αλλά το κόστος είναι μέτριο. Χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρονικά καταναλωτή (παδ φόρτισης κινητών τηλεφώνων), αισθητήρες βιομηχανικού ελέγχου και άλλες εφαρμογές.

· Πολύστρωτη πλακέτα

Περιλαμβάνει 3 ή περισσότερες αγώγιμες στοιχειώδεις στοιβάδες (συνήθως 4, 6, 8 στρώσεις, και μέχρι 40 στρώσεις σε υψηλού επιπέδου μοντέλα), με τις στοιβάδες να είναι ενωμένες μεταξύ τους μέσω μονωτικών υποστρωμάτων. Οι οπές διακρίνονται σε διαμπερείς, τυφλές και ενθαμμένες οπές, που μπορεί να επιτύχει υψηλή πυκνότητα καλωδίωσης και είναι κατάλληλο για πολύπλοκα κυκλώματα (μητρικές πλακέτες υπολογιστών, ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου αυτοκινήτων, κύριες πλακέτες ελέγχου ιατρικού εξοπλισμού).

Ταξινόμηση βάσει του υλικού της βάσης

· Πλακέτα FR-4

Το υλικό βάσης είναι εποξειδική ρητίνη με επικάλυψη γυαλί (FR-4), το οποίο διαθέτει εξαιρετική μόνωση, ανθεκτικότητα στη θερμότητα και μηχανική αντοχή, με έλεγχο του κόστους. Αποτελεί πάνω από το 90% της αγοράς σκληρών πλακετών PCB και είναι κατάλληλο για κύριους τομείς όπως καταναλωτικά ηλεκτρονικά, βιομηχανικός έλεγχος και αυτοκίνηση.

· PCB φαινολικού χαρτιού (FR-1/FR-2)

Το υλικό βάσης είναι φαινολική ρητίνη και χαρτοπολτός. Έχει χαμηλό κόστος, αλλά περιορισμένη ανθεκτικότητα στη θερμότητα και μηχανική αντοχή, και χρησιμοποιείται μόνο σε εξοπλισμό χαμηλής κατηγορίας (παλιά ραδιόφωνα, απλές πλακέτες ελέγχου οικιακών συσκευών).

· Πλακέτα κεραμικού

Το βασικό υλικό είναι κεραμικά οξειδίου του αλουμινίου και νιτριδίου του αλουμινίου, τα οποία έχουν εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, υψηλή μόνωση και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Είναι κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας (όπως φορτιστές οχημάτων νέας ενέργειας και εξοπλισμός αεροδιαστημικής).

· PCB με βάση μέταλλο (με βάση αλουμίνιο/με βάση χαλκό)

Το βασικό υλικό είναι μεταλλική πλάκα (αλουμίνιο/χαλκός) + μονωτική στρώση + φύλλο χαλκού. Η απόδοση απαγωγής θερμότητας υπερβαίνει κατά πολύ αυτή του συνηθισμένου FR-4, και είναι επίσης γνωστό ως "PCB απαγωγής θερμότητας". Χρησιμοποιείται σε φωτισμό LED, ενισχυτές ισχύος και βιομηχανικούς μετατροπείς συχνότητας.

Ταξινόμηση βάσει πάχους χαλκού/χαρακτηριστικών απόδοσης

· PCB τυπικού πάχους χαλκού

Το πάχος του φύλλου χαλκού είναι ≤1oz (35μm), κατάλληλο για συμβατικά κυκλώματα μικρού ρεύματος (ηλεκτρονικά καταναλωτή, μονάδες χαμηλής ισχύος).

· PCB παχύτερου (βαρέος) χαλκού

Το πάχος του φύλλου χαλκού είναι ≥2oz (70μm), με ισχυρή ικανότητα φέρουσας ισχύος και απαγωγής θερμότητας, και χρησιμοποιείται σε εξοπλισμό υψηλής ισχύος (μονάδες ισχύος, συστήματα ηλεκτρονικού ελέγχου οχημάτων νέας ενέργειας).

· Πλακέτα υψηλής συχνότητας

Το βασικό υλικό είναι πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) και υλικό Rogers, με σταθερή διηλεκτρική σταθερά και χαμηλές απώλειες σήματος. Είναι κατάλληλο για επικοινωνίες 5G, ραντάρ και εξοπλισμό ραδιοσυχνοτήτων.

Ταξινόμηση βάσει διεργασίας επεξεργασίας επιφάνειας

· Πλακέτα με ψεκασμό κασσιτέρου

Η επιφάνεια καλύπτεται με στρώμα κασσιτέρου, το οποίο έχει καλή συγκολλησιμότητα και χαμηλό κόστος, και είναι κατάλληλο για συμβατικό εξοπλισμό.

· Πλακέτα με χρωμίωση χρυσού

Η επιφάνεια αποτελείται από στρώμα νικελίου-χρυσού, ανθεκτικό στην οξείδωση και με χαμηλή αντίσταση επαφής. Είναι κατάλληλο για υψηλής ακριβείας συνδέσεις και κρίσιμες πλακέτες (όπως κύριες πλακέτες κινητών τηλεφώνων και ιατρικός εξοπλισμός).

· Πλακέτα OSP

Η επιφάνεια είναι επικαλυμμένη με ένα οργανικό προστατευτικό φιλμ, το οποίο είναι φιλικό προς το περιβάλλον και έχει μέτριο κόστος. Χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία επιφανειακής συγκόλλησης SMT για ηλεκτρονικά καταναλωτικά.

Η βασική διαφορά από το εύκαμπτο PCB

Άκαμπτα κυκλώματα, με το σταθερό τους σχήμα, υψηλή μηχανική αντοχή και ώριμη τεχνολογία, χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες συσκευές που απαιτούν σταθερότητα κυκλώματος και σταθερή τοποθέτηση.

Στον τομέα των ηλεκτρονικών καταναλωτή

Χρησιμοποιείται σε μητρικές πλακέτες υπολογιστών/κάρτες γραφικών, μητρικές πλακέτες κινητών τηλεφώνων, πλακέτες τροφοδοσίας τηλεοράσεων, πλακέτες δρομολογητών/set-top box, και πλακέτες ελέγχου πλυντηρίων/ψυγείων, κ.α. Βασίζεται στο χαμηλό κόστος και την ώριμη διαδικασία υποστρώματος FR-4, είναι κατάλληλο για κυκλώματα μεσαίας και μικρής ισχύος και πληροί τις απαιτήσεις σταθερότητας προϊόντων καταναλωτικής χρήσης.

Τομέας βιομηχανικού ελέγχου:

Εφαρμόζεται σε μονάδες PLC, μητρικές πλακέτες βιομηχανικών υπολογιστών ελέγχου, πλακέτες κυκλωμάτων μετατροπέων συχνότητας, πλακέτες ελέγχου οδηγών σερβομηχανισμών και πλακέτες σημάτων αισθητήρων. Με χαρακτηριστικά αντοχής σε δονήσεις και καλής αντοχής στη θερμοκρασία, ο πολυεπίπεδος σχεδιασμός μπορεί να επιτύχει πολύπλοκη ενσωμάτωση κυκλωμάτων και είναι κατάλληλος για δύσκολες βιομηχανικές συνθήκες λειτουργίας.

Στον τομέα της ηλεκτρονικής αυτοκινήτου

Συμβατό με μονάδες ελέγχου κινητήρα (ECUs), κεντρικές πλακέτες ελέγχου οχημάτων, κύριες πλακέτες φορτιστών, πλακέτες ελέγχου συστήματος διαχείρισης μπαταριών (BMS) και πλακέτες οδήγησης φώτων οχημάτων. Διαθέτει υψηλή αξιοπιστία (ανθεκτικό σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και κραδασμούς), και ο τύπος με παχύ χαλκό μπορεί να μεταφέρει μεγάλα ρεύματα, πληροί τα πρότυπα ασφάλειας για χρήση σε οχήματα.

Τομέας ιατρικού εξοπλισμού:

Χρησιμοποιείται για πινακίδες ελέγχου μηχανών CT/πυρηνικής μαγνητικής αντίστασης, πινακίδες κυκλωμάτων οθόνης, ιατρικά μονάδες τροφοδοσίας και κύριες πλακέτες μετρητών γλυκόζης στο αίμα. Διαθέτει εξαιρετική μόνωση και σταθερή μετάδοση σήματος, πληροί τις αυστηρές απαιτήσεις ασφάλειας και αξιοπιστίας της ιατρικής βιομηχανίας.

Αεροδιαστημικό πεδίο

Τα υψηλής τεχνολογίας σκληρά PCBS από κεραμικά ή υποστρώματα υψηλής συχνότητας εφαρμόζονται σε κύριες πλακέτες εξοπλισμού δορυφόρων, πινακίδες ελέγχου αεροπορικών ραντάρ, πινακίδες διανομής ενέργειας πυραύλων και πινακίδες ελέγχου πτήσης μη επανδρωμένων αεροσκαφών. Μπορούν να αντέχουν ακραία περιβάλλοντα όπως υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και ακτινοβολία, και να έχουν εξαιρετική μηχανική αντοχή.

Τομέας εξοπλισμού νέων πηγών ενέργειας

Οι σκληρές πλακέτες PCB με παχύ χαλκό χρησιμοποιούνται σε πινακίδες αντιστροφέα φωτοβολταϊκών, πινακίδες ελέγχου μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας και κύριες πλακέτες μετατροπέα αιολικής ενέργειας. Διαθέτουν ισχυρή ικανότητα φέρουσας ρεύματος και καλή διασπορά θερμότητας, και είναι κατάλληλες για τις απαιτήσεις υψηλής ισχύος μεταφοράς και μετατροπής ενέργειας.

Πεδίο εξοπλισμού επικοινωνιών:

Η υψηλής συχνότητας άκαμπτη πλακέτα pcb από υπόστρωμα PTFE ή Rogers χρησιμοποιείται σε πλακέτες RF σταθμών βάσης 5G, κύριες πλακέτες διακοπτών και πλακέτες κυκλωμάτων οπτικών μονάδων. Χαρακτηρίζονται από χαμηλές απώλειες σήματος και υποστηρίζουν τη μετάδοση δεδομένων με υψηλή ταχύτητα.