Štandardná doska plošných spojov

Význam štandardných DPS

Štandardné dosky plošných spojov zvyčajne označujú tlačené dosky plošných spojov vyrobené podľa priemyselných štandardných špecifikácií s použitím vyspelých postupov a bežných substrátov. Ide o pojem vo vzťahu k špeciálnym doskám plošných spojov. Ich základné charakteristiky sú vysoká univerzálnosť, štandardizované procesy a kontrolovateľné náklady. Primárne spĺňajú základné požiadavky na prepojenie obvodov v bežných aplikáciách, ako sú spotrebná elektronika a priemyselné riadenie.

Štandardizácia substrátu

Väčšina používa sklolaminátovú dosku s epoxidovou živicou FR-4 (tvorí viac ako 90 % všetkých štandardných DPS), zatiaľ čo sklolaminát z fenolového papiera (FR-1/FR-2) sa používa len v niekoľkých aplikáciách. Vlastnosti substrátu spĺňajú všeobecné

normy IPC (Medzinárodnej asociácie elektronického priemyslu), UL a iných noriem. Napríklad FR-4 má teplotu skelného prechodu (Tg) približne 130~150 ℃, tepelnú vodivosť 0,3~0,5 W/(m·K) a

dielektrickú konštantu (Dk) 4,2~4,7 pri 1 GHz. Má stabilné vlastnosti a nízke náklady.

Štandardizácia procesov

Postup výroby DPS podľa celosvetovo uznávaných postupov (príprava materiálu → vŕtanie → medené platie → galvanizácia → expozícia → leptanie → spájková maska → povrchová úprava → formovanie → testovanie), spracovateľské parametre a

presnostné požiadavky sú v priemysle štandardizované:

· Štandardná šírka vodiča/vzdialenosť: ≥0,1 mm (4 mil);

· Minimálny priemer otvoru: ≥0,3 mm;

· Povrchová úprava: Uprednostňuje štandardizované procesy, ako je HASL (vysokrýchlostné lisovanie železných plechov), ENIG (nanesenie elektrolytického zlata) a niklové-zlaté povlaky;

· Počet vrstiev: Primárne jedno- a dvojstranné dosky, viacvrstvové dosky (4~8 vrstiev) spadajú tiež do štandardného rozsahu (viac ako 12 vrstiev sa väčšinou považuje za náročné dosky plošných spojov).

Zovšeobecnenie aplikačných scenárov

Kompatibilný s bežnými obvodmi bez špeciálnych požiadaviek na výkon, napríklad:

· Spotrebná elektronika: Matičné dosky televízorov, smerovače, riadiace dosky malých domácich spotrebičov;

· Priemyselné ovládanie: bežné moduly PLC, riadiace dosky nízkonapäťových relé;

· Kancelárske zariadenia: matičné dosky tlačiarní, riadiace dosky kopírovacích zariadení;

· Autonómna elektronika: pCB palubných zábavných systémov.

Kľúčový rozdiel medzi štandardnými doskami PCB a špeciálnymi doskami PCB

Kľúčové priemyselné špecifikácie pre štandardné DPS

· Medzinárodné normy: IPC-2221: Všeobecný návrhový štandard pre tuhé DPS;

· IPC-6012: Kvalifikačné a prevádzkové špecifikácie pre tuhé DPS;

· UL 94: Štandard odolnosti proti horaniu (bežné dosky musia spĺňať hodnotenie V-0).

· Štandardné veľkosti: Bežné veľkosti dosiek sú 1,2 m × 1 m, 1,2 m × 1,5 m atď., hrúbky sú najmä 0,8 mm, 1,0 mm a 1,6 mm (najrozšírenejšie), čo spĺňa požiadavky na inštaláciu väčšiny zariadení.

· Skúšobné štandardy: Dosky musia pred odchodom z výroby prejsť testom spojitosti (test lietajúcej sondy/test sieťového zoznamu), testom izolačného odporu a testom zlučiteľnosti s pájkou, aby sa zabezpečilo, že základný elektrický výkon spĺňa štandardy.

Bežné typy

Klasifikácia podľa počtu vrstiev:

· Jednostranná DPS: Obvod je iba na jednej strane, najnižšia cena, vhodná pre jednoduché obvody;

· Dvojstranná DPS: Obidve strany majú obvod, ktoré sú prepojené cez vývody, čo predstavuje najbežnejší typ štandardnej DPS;

· Viacvrstvová DPS (4–8 vrstiev): Zahŕňa vnútorné vrstvy obvodu, vhodné pre zložité obvody, stále patrí do štandardnej kategórie.

· Klasifikácia podľa štruktúry: Všetky sú tuhé DPS (pružné DPS sú špeciálne DPS), s pevným tvarom a nedajú sa ohýbať.

Štandardné DPS (hlavne na báze substrátu FR-4) sa stali najrozšírenejším typom dosky plošných spojov v elektronických zariadeniach vďaka svojim základným vlastnostiam, ako je štandardizácia, všestrannosť a vysoká cenová efektívnosť. Ich konkrétne výhody sú nasledovné:

Najlepšia cenová výhoda

· Nízka cena substrátu: Sklenená epoxidová doska FR-4 je v súčasnosti DPS substrát s najväčším rozsahom hromadnej výroby. Cena surovín je len 1/10 až 1/50 ceny špeciálnych substrátov, ako sú keramika alebo Rogers, a

dodávky sú stabilné;

· Nízke náklady procesu: Používa sa plne štandardizovaný výrobný proces, bez potreby špeciálneho vybavenia alebo prispôsobených postupov, pričom výťažok hromadnej výroby dosahuje až 98 % alebo viac, čo ďalej zníži jednotkové náklady;

· Nízke náklady nákupu: Trh má dostatočnú ponuku a dodávateľské reťazce sú vyspelé (dosky, spracovanie, testovanie).

Dokonca aj pri nákupoch stredných a malých sérií možno získať nízku jednotkovú cenu, čo ho robí vhodným pre cenovo citlivé produkty, ako sú spotrebná elektronika a malé domáce spotrebiče.

Vyspelý systém štandardizácie

· Štandardizácia dizajnu: Na základe globálne uznávaných noriem, ako sú IPC-2221 a UL, môžu dizajnéri priamo používať overené knižnice dizajnov bez nutnosti opakovaného overovania;

· Štandardizácia procesu: Od vŕtania a galvanizácie až po lakovanie odolné voči spájkovaniu a formovanie – všetky procesy majú jasne definované priemyselné normy, pričom štandardné dosky plošných spojov vyrobené rôznymi výrobcami sú vysokej kompatibility, takže k problémom nedochádza

potrebné upraviť návrh pri zmene dodávateľov;

· Štandardizácia testovania: Overovacie procesy, ako sú test spojitosti, test izolácie a test spájkovateľnosti, sú zjednotené, kvalita výrobkov je kvantifikovateľná a sledovateľná, čím sa znížia riziká kvality.

Široká škála univerzality a prispôsobivosti

· Prispôsobivosť scenárom:

**Pokrýva viac ako 90 % bežných elektronických zariadení vrátane spotrebnej elektroniky (televízory, smerovače), priemyselného riadenia (bežné PLC), kancelárskych zariadení (tlačiarne) a automobilovej elektroniky (palubné zábavné systémy),

čo eliminuje potrebu prispôsobenia pre jednotlivé scenáre. **Kompatibilita komponentov:**

**Podporuje všetky bežne balené komponenty (SMD, cezotrubné), prispôsobené bežným spájkovacím procesom ako THT a SMT, ponúka vysokú flexibilitu pri návrhu.

· Pokrytie vrstiev:

**Od jednostranných dosiek až po 8-vrstvové dosky, všetky spadajú do kategórie štandardných DPS a spĺňajú požiadavky od jednoduchých obvodov (riadiace dosky hračiek) až po zložité obvody (základné dosky počítačov).

Stabilný základný výkon

· Spoľahlivý elektrický výkon: Stabilná dielektrická konštanta (4,2~4,7@1GHz), izolačná pevnosť spĺňa požiadavky bežných nízko- a vysokonapäťových obvodov (skúška výdrže AC 2000V) a prenos signálu

straty sú zanedbateľné pri nízkych frekvenciách (<2 GHz);

· Spĺňa mechanické normy: Vysoká tvrdosť a ťažko deformovateľná, 1,6 mm hrubá FR-4 DPS vydrží bežné inštalačné zaťaženie (napr. upevnenie skrutkami a pripájanie/odpájanie konektorov), čím spĺňa

požiadavky na konštrukčnú podporu zariadenia;

· Prispôsobivosť prostrediu: Dlhodobý výkon sa nezhoršuje pri bežnej teplote (-20 ℃ ~ 85 ℃) a v suchom prostredí, vhodné pre prevádzkové podmienky väčšiny elektronických zariadení určených na použitie vo vnútorných priestoroch.

Pohodlný dodávateľský reťazec a doručenie

· Krátka výrobná cyklica: Štandardizované procesy eliminujú potrebu individuálneho vývoja, dodacie lehoty pre malé a stredné série sú len 3–5 dní, čo je výrazne rýchlejšie ako u špeciálnych dosiek plošných spojov (zvyčajne 10–15 dní);

· Široká ponuka dodávateľov: Desiatky tisíc štandardných výrobcov dosiek plošných spojov po celom svete, od veľkých firiem po malé dielne, poskytujú kupujúcim dostatok priestoru na vyjednávanie;

· Pohodlný servis a údržba po predaji: Štandardné DPS ponúkajú nízke náklady na detekciu chýb a výmenu, čo umožňuje servisným technikom rýchlo identifikovať obvody a vymeniť komponenty, čím sa skracuje výpadok zariadenia

náklady na údržbu.

Nízko-prahový návrh a výroba

Nízky prah pri návrhu: Inžinieri nemusia ovládať vlastnosti špeciálnych materiálov podkladov (ako napríklad spekanie keramiky alebo návrh vysokofrekvenčných obvodov spoločnosti Rogers); postačujú bežné znalosti z oblasti elektroniky

dokončiť návrh. Nízka výrobná hranica: Stredné a malé továrne môžu dosiahnuť hromadnú výrobu prostredníctvom štandardizovaného vybavenia (vŕtačky, expozície, leptacie linky) bez potreby vysokých investícií do zariadení

investície, čo ďalej zníži náklady.