Trdne PCB-je

Kaj je trda tiskana vezja (PCB)?

Trdno pcb je tiskani vez, izdelan z uporabo trdih izolacijskih podlag, kot so FR-4 epoksidna smola iz steklenih vlaken, fenolno papirnata podlaga ali keramična podlaga, ki služijo kot osnova. Ima določeno obliko, visoko trdoto in ga ni mogoče upogniti ali prepogniti. Trenutno je najpogosteje uporabljen tip tiskanega vezja. Njegove fizikalne lastnosti so stabilne in nima prožnosti pri sobni temperaturi. Omogoča trdno podporo za komponente. Glavna podlaga je FR-4, ki ima zrel proces in nadzorljivi stroški. V visokonivojskih scenarijih se uporabljajo keramične ali poliimidno modifikirane trdne podlage, da bi izpolnile zahteve za visoko toplotno prevodnost in visoko frekvenco. Struktura zajema enostranske plošče, dvostranske plošče in večplastne plošče, medplastna povezava pa se lahko uresniči prek metaliziranih prehodov. Kompatibilna je s kompleksnimi vezji, ima standardizirani proizvodni proces in podpira običajne tehnike sestavljanja z visoko stopnjo izkoristka.

Vrste trdih tiskanih vezij se lahko razvrstijo glede na dimenzije, kot so število strukturnih plasti, material podlage in lastnosti uporabe. Osnovne klasifikacije so naslednje:

Razvrstitev po številu strukturnih plasti

· Enoplastna plošča

Ima le eno stran s prevodnimi bakrenimi folijskimi vezji, druga stran pa je osnovni material. Ima preprosto strukturo in najnižjo ceno ter je primeren za naprave z nizko porabo in preprostimi vezji (kot so daljinski upravljalniki, igračke, krožni vezji ploščice, napajalniki).

· Dvoplastno tiskano vezje

Obe strani imata bakrene folijske vezje, medplastna povezava pa se uresniči prek metaliziranih prehodov. Stopnja zapletenosti vezij je višja kot pri enostranskih ploščah, vendar so stroški zmerni. Široko se uporablja v potrošniški elektroniki (polnilna postajala za mobilne telefone), senzorjih za industrijsko krmiljenje in drugih primerih uporabe.

· Večplastna plošča

Vsebuje 3 ali več prevodnih plasti (pogosto 4, 6, 8 plasti, do 40 plasti pri naprednih modelih), plasti pa so zlepljene z izolacijskimi podlagami. Prehodne luknje so razdeljene na skozihodne, slepe in vdelane luknje, kar omogoča visoko gostoto razvoda in je primeren za zapletena vezja (matične plošče računalnikov, avtomobilske ECU-je, glavne krmilne plošče medicinske opreme).

Razvrščeno glede na material podlage

· FR-4 PCB

Material podlage je steklena vlakna in epoksidna smola (FR-4), ki ima odlične izolacijske lastnosti, odpornost proti toploti in mehansko trdnost ter obvladljive stroške. Predstavlja več kot 90 % tržišča togih tiskanih vezij in je primeren za glavna področja, kot so potrošniška elektronika, industrijsko krmiljenje in avtomobilska industrija. področja, kot so potrošniška elektronika, industrijsko krmiljenje in avtomobilska industrija.

· Fenolni papirnati PCB (FR-1/FR-2)

Osnovni material je fenolna smola in papirnata vlakna. Ima nizke stroške, vendar slabo odpornost proti toploti in mehansko trdnost, zato se uporablja le v nizkozmogljivi opremi (staromodni radijski sprejemniki, preprosta krmilila gospodinjskih aparatov).

· Keramično PCB

Osnovni material sta aluminijev oksid in aluminijev nitrid v obliki keramike, ki imata odlično toplotno prevodnost, visoko izolacijo in odpornost na visoke temperature. Primeren je za visokomočne in visokofrekvenčne aplikacije (kot na primer polnilne postaje za nove energetske vozila in oprema za vesoljska letala).

· Kovinska tiskana vezja (aluminijasta/medena)

Osnovni material je kovinska plošča (aluminij/baker) + izolacijski sloj + bakrena folija. Njegova zmogljivost razprševanja toplote presega običajne FR-4 in je znan tudi kot »tiskano vezje za odvajanje toplote«. Uporablja se v LED osvetlitvi, močnostnih ozvnačevalnikih in frekvenčnih pretvornikih za industrijsko upravljanje.

Razvrščeno po debelini bakra/lastnostih

· Tiskano vezje s standardno debelino bakra

Debelina bakrene folije je ≤1 oz (35 μm), primerna za običajna vezja s skromnim tokom (potrošniška elektronika, moduli z nizko močjo).

· Tiskano vezje s tanko (debelo) bakreno folijo

Debelina bakrene folije je ≥2 oz (70 μm), z visoko nosilnostjo toka in odvajanjem toplote, uporablja pa se v visokomočni opremi (močnostni moduli, elektronski sistemi za nadzor novih energijskih vozil).

· Tiskano vezje za visoke frekvence

Osnovni material je politetrafluoretilen (PTFE) in material Rogers, z stabilno dielektrično konstanto ter nizkimi izgubami signala. Primerno je za komunikacijo 5G, radar in radijsko frekvenčno opremo.

Razvrščeno po postopku površinske obdelave

· Plošča s pocinkanim svinčenim premazom (Tin-sprayed PCB)

Površina je prekrita s plastjo svinca, ki omogoča dobro zlitje in ima nizke stroške, primerna za običajno opremo.

· Plošča s pozlačenjem (Gold-plated PCB)

Površina je nikl-janekov sloj, odporen proti oksidaciji in z nizkim prehodnim uporom. Primerno za visoko natančne priključke in tipkovnice (npr. matične plošče mobilnih telefonov in medicinska oprema).

· Plošča z OSP premazom (OSP PCB)

Površina je prekrita z organskim zaščitnim filmom, okolju prijazna in s srednje visokimi stroški. Široko uporabljena v tehnologiji SMT (montaža na površino) za potrošniško elektroniko.

Ključna razlika od fleksibilnih tiskanih vezij

Trdi tiskani vezni plošči, z njihovo stabilno obliko, visoko mehansko trdnostjo in zrelo tehnologijo, se pogosto uporabljajo v različnih napravah, ki imajo zahteve glede stabilnosti vezja in fiksne namestitve.

Na področju potrošniške elektronike

Uporablja se za matične plošče računalnikov/grafične kartice, matične plošče mobilnih telefonov, napajalne plošče TV-jev, tiskane vezne plošče usmerjevalnikov/set-top ure, ter nadzorne plošče pralnih strojev/ležišč itd. Zato ker temelji na nizkih stroških in zreli tehnologiji podlage FR-4, je primerna za srednje in manjše močnostne tokokroge ter izpolnjuje zahteve za stabilnost potrošniških izdelkov.

Področje industrijskega nadzora:

Uporablja se za module PLC, matične plošče industrijskih računalnikov, vezne plošče pretvornikov frekvence, nadzorne plošče servo gonilnikov in signale senzorjev. Z lastnostmi odpornosti proti vibracijam in dobro odpornostjo proti temperaturi, večplastna konstrukcija omogoča integracijo kompleksnih vezij in je primerna za zahtevne industrijske delovne pogoje.

Na področju avtomobilske elektronike

Je združljiva z enotami za nadzor motorja (ECU), krmilnimi ploščami središčnega sistema na vozilu, matičnimi ploščami polnilnih postaj, krmilnimi ploščami sistema za upravljanje baterij (BMS) ter ploščami gonilnikov luči na vozilih. Zaznamuje jo visoka zanesljivost (odpornost na visoke in nizke temperature ter tresenje), debela bakrena plast pa omogoča prenašanje velikih tokov, kar izpolnjuje varnostne standarde za uporabo na vozilih.

Področje medicinske opreme:

Uporablja se za krmilne plošče CT aparatov / jedrske magnetne resonance, nadzorne plošče monitorjev, medicinske močnostne module in matične plošče merilnikov glukoze v krvi. Ima odlično izolacijo in stabilen prenos signalov ter izpolnjuje stroge varnostne in zahtevane zanesljivosti medicinske industrije.

Letalska področja

Najvišje kakovosti trdi tiskani vezji iz keramičnih ali visokofrekvenčnih podlag se uporabljajo na matičnih ploščah satelitske opreme, kontrolnih ploščah zračno-nosilnega radarskega sistema, razdelilnih ploščah raketne napajalne enote in kontrolnih ploščah brezpilotnih letal. Lahko prestojijo ekstremne okoljske pogoje, kot so visoke in nizke temperature ter sevanje, in imajo odlično mehansko trdnost.

Področje opreme za obnovljivo energijo

Trdi tiskani vezji s tanko bakreno plastjo se uporabljajo v vezjih fotonapetostnih invertorjev, nadzornih vezjih baterij za shranjevanje energije in glavnih vezjih pretvornikov vetrne energije. Imajo močno nosilnost toka in dobro toplotno razpršenost ter so primerne za zahteve visokonapetostnega prenosa in pretvorbe energije.

Področje komunikacijske opreme:

Visokofrekvenčni trdi tiskani vezji iz PTFE ali Rogersove podlage se uporabljajo v RF ploščah 5G baznih postaj, matičnih ploščah stikal in vezjih optičnih modulov. Značilni so z nizkimi izgubami signala in omogočajo hitro prenos podatkov.