Sztywne PCB

Czym jest sztywna płyta PCB?

Sztuczna płyta PCB to płyta drukowana wykonana z sztywnych podłoży izolacyjnych, takich jak podłoże ze szkła i żywicy epoksydowej FR-4, podłoże papierowe fenoliczne lub podłoże ceramiczne jako rdzeń. Ma ona ustalony kształt, dużą twardość i nie może być wyginana ani składana. Jest obecnie najpowszechniej stosowanym typem płyty PCB. Jej właściwości fizyczne są stabilne, a w temperaturze pokojowej nie wykazuje elastyczności. Może zapewnić solidne wsparcie dla komponentów. Głównym podłożem jest FR-4, które charakteryzuje się dojrzały proces i kontrolowalny koszt. W zastosowaniach wysokiej klasy stosuje się sztywne podłoża modyfikowane ceramiką lub poliimidem, aby spełnić wymagania dotyczące wysokiej przewodności cieplnej i wysokiej częstotliwości. Struktura obejmuje płytki jednostronne, płytki dwustronne i wielowarstwowe, a połączenia międzywarstwowe mogą być realizowane za pomocą metalizowanych przelotek. Rozwiązanie to jest kompatybilne ze złożonymi projektami obwodów, posiada ustandaryzowany proces produkcji i obsługuje tradycyjne techniki montażu przy wysokim współczynniku wydajności.

Typy sztywnych płytek drukowanych można klasyfikować według wymiarów, takich jak liczba warstw strukturalnych, materiał podłoża oraz cechy zastosowania. Główne klasyfikacje są następujące:

Klasyfikacja według liczby warstw strukturalnych

· Płyta jednostronna

Ma tylko jedną stronę z przewodzącymi obwodami z folii miedzianej, a drugą stronę jako materiał podstawowy. Ma prostą strukturę i najniższy koszt, nadaje się do urządzeń o niskiej mocy z prostymi obwodami (takimi jak pilotaże, obwodów zabawek, płyty, adaptery zasilania).

· Płytka dwustronna

Obie strony mają obwody z folii miedzianej, a połączenie między warstwami jest osiągane za pomocą metalizowanych przewodów. Złożoność obwodu jest wyższa niż w przypadku płyt jednobocznych, ale koszt jest umiarkowany. Jest szeroko stosowany w elektronikach konsumenckich (płyty ładowania telefonów komórkowych), czujniki kontroli przemysłowej i inne scenariusze.

· Płyty wielowarstwowe

Zawiera 3 lub więcej przewodzących warstw (zwykle 4, 6, 8 warstw i do 40 warstw w modelach wysokiej klasy), z warstwami połączonymi przez podłoże izolacyjne. Otwory są podzielone na otwory, ślepe otwory i zakopane otwory. który może osiągnąć wysoką gęstość okablowania i jest odpowiedni do złożonych obwodów (płyty główne komputerów, ECU samochodowych, główne deski sterujące sprzętem medycznym).

Klasyfikacja według materiału podstawy

· Płyta PCB FR-4

Materiał podstawy to epoksydowa żywica szklana (FR-4), charakteryzująca się doskonałą izolacją, odpornością na ciepło oraz wysoką wytrzymałością mechaniczną przy kontrolowanych kosztach. Stanowi ponad 90% rynku sztywnych płyt PCB i nadaje się do zastosowań ogólnych w takich dziedzinach jak elektronika użytkowa, sterowanie przemysłowe i motoryzacja.

· PCB z papieru fenolowego (FR-1/FR-2)

Materiał podstawy to żywica fenolowa i włókno papierowe. Ma niski koszt, ale słabe właściwości termiczne i niską wytrzymałość mechaniczną, dlatego stosowana jest wyłącznie w urządzeniach niskiego segmentu (stare radia, proste płytki sterujące do sprzętów gospodarstwa domowego).

· Płyta ceramiczna PCB

Materiał podstawy to tlenek glinu i azotek glinu w postaci ceramiki, cechujące się doskonałą przewodnością cieplną, wysoką izolacją oraz odpornością na wysokie temperatury. Nadaje się do zastosowań o dużej mocy i wysokiej częstotliwości (np. w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych i sprzęcie lotniczym). energetyka i sprzęt lotniczy).

· PCB z metalowym podłożem (aluminiowe/miedziane)

Materiał podstawowy to płyta metalowa (aluminium/miedź) + warstwa izolacyjna + folia miedziana. Wydajność odprowadzania ciepła znacznie przewyższa standardowe płyty FR-4, dlatego nazywana jest również "PCB chłodzonym termicznie". Stosowana w oświetleniu LED, wzmacniaczach mocy i przemiennikach częstotliwości do sterowania przemysłowego.

Klasyfikacja według grubości miedzi/charakterystyki użytkowych

· Standardowa grubość miedzi na PCB

Grubość folii miedzianej wynosi ≤1 uncję (35 μm), odpowiednia dla konwencjonalnych obwodów o małym prądzie (elektronika użytkowa, moduły o niskiej mocy).

· Płyta drukowana z gruba miedzia (heavy copper)

Grubość folii miedzianej wynosi ≥2 uncje (70 μm), charakteryzuje się dużą nośnością prądu i odprowadzaniem ciepła, stosowana w urządzeniach wysokoprądowych (moduły zasilające, systemy sterowania pojazdów nowej energii).

· Wysokoczęstotliwościowa płyta drukowana (HF PCB)

Materiał podstawowy to politetrafluoroetylen (PTFE) oraz materiał Rogersa, cechuje się stabilną stałą dielektryczną i niskimi stratami sygnału. Nadaje się do zastosowań w komunikacji 5G, radarach i urządzeniach radiofrezowych.

Skłasyfikowane według procesu obróbki powierzchni

· Płyta PCB z natryskiem cyny

Powierzchnia pokryta warstwą cyny, charakteryzuje się dobrą spawalnością i niskim kosztem, nadaje się do standardowego sprzętu.

· Płyta PCB pokryta złotem

Powierzchnia to warstwa niklu i złota, odporna na utlenianie i o niskim oporze przejściowym. Nadaje się do precyzyjnych łączników i płytek kluczowych (np. głównych płytek telefonów komórkowych i sprzętu medycznego).

· Płyta PCB z OSP

Powierzchnia pokryta organiczną warstwą ochronną, przyjazna dla środowiska i o umiarkowanym koszcie. Szeroko stosowana w technologii montażu powierzchniowego SMT w elektronice użytkowej.

Główna różnica w porównaniu do płytki PCB elastycznej

Płytki obwodów sztywnych, dzięki swojemu stabilnemu kształtowi, wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz dojrzałej technologii, są powszechnie stosowane w różnych urządzeniach wymagających stabilności obwodu i stałego sposobu montażu.

W dziedzinie elektroniki użytkowej

Stosuje się je w płytach głównych komputerów/kartach graficznych, płytach głównych telefonów komórkowych, płytkach zasilaczy telewizorów, płytach obwodów routerów/dekoderów oraz płytach sterujących pralek/lodówek itp. Dzięki niskim kosztom oraz dojrzałej technologii podłoża FR-4, nadaje się do obwodów o średniej i małej mocy oraz spełnia wymagania dotyczące stabilności produktów konsumenckich.

Dziedzina sterowania przemysłowego:

Zastosowanie znajduje w modułach PLC, płytach głównych komputerów przemysłowych, płytkach falowników, płytach sterujących napędami serwonapędów oraz płytkach sygnałowych czujników. Charakteryzuje się odpornością na wibracje oraz dobrą odpornością termiczną projekt wielowarstwowy umożliwia kompleksową integrację obwodów i jest odpowiedni do pracy w trudnych warunkach przemysłowych.

W dziedzinie elektroniki samochodowej

Jest kompatybilny z jednostkami sterującymi silnikiem (ECU), pokładowymi płytami centralnej kontroli, głównymi płytami stacji ładowania, płytnami sterującymi systemu zarządzania baterią (BMS) oraz płytnami sterującymi lamp pojazdów. Charakteryzuje się wysoką niezawodnością (odpornością na wysokie i niskie temperatury oraz wstrząsy), a wersja z grubą warstwą miedzi umożliwia przewodzenie dużych prądów, spełniając pokładowe normy bezpieczeństwa.

Dziedzina sprzętu medycznego:

Stosowany w płytach sterujących do tomografów komputerowych/magnetycznego rezonansu jądrowego, płytach obwodów monitorów, modułach zasilania medycznych oraz głównych płytach mierników stężenia glukozy we krwi. Posiada doskonałą izolację i stabilną transmisję sygnału, spełniając rygorystyczne wymagania bezpieczeństwa i niezawodności przemysłu medycznego.

Obszar lotniczy

Szybkie płyty PCB wykonane z ceramiki lub podłoży wysokiej częstotliwości są stosowane w płytach głównych sprzętu satelitarnego, płytach sterujących radarów pokładowych, płytach dystrybucji mocy rakiet oraz płytach sterujących bezzałogowych statków powietrznych. Mogą wytrzymać ekstremalne warunki, takie jak wysokie i niskie temperatury oraz promieniowanie, i charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną.

Obszar sprzętu do nowych źródeł energii

Grube sztywne płyty PCB z miedzi są stosowane w płytach obwodów falowników fotowoltaicznych, płytach sterujących baterii magazynujących energię oraz głównych płytach przetwornic energii wiatrowej. Posiadają dużą nośność prądową i dobrą odprowadzalność ciepła oraz są odpowiednie do wymagań przesyłu i konwersji mocy o dużej mocy.

Obszar sprzętu telekomunikacyjnego:

Sztywne płyty PCB wysokiej częstotliwości wykonane z podłoża PTFE lub Rogers są stosowane w płytach RF stacji bazowych 5G, głównych płytach przełączników oraz płytach obwodów modułów optycznych. Charakteryzują się niskimi stratami sygnału i obsługują szybką transmisję danych.