Standardna tiskana vezja

Pomen standardnih tiskanih vezij

Standardna tiskana vezja praviloma pomenijo tiskana vezja, izdelana na podlagi standardnih industrijskih specifikacij, z uporabo zrelih postopkov in običajnih podlag. Gre za pojem v nasprotju s specializiranimi tiskanimi vezji. Njihove ključne značilnosti so visoka univerzalnost, standardizirani postopki in nadzorovani stroški. Predvsem zadostujejo osnovnim potrebam povezovanja tokokrogov v pogostih primerih uporabe, kot so potrošniška elektronika in industrijsko krmiljenje.

Standardizacija podlage

V večini se uporablja stekleno-epoksidna plošča FR-4 (predstavlja več kot 90 % vseh standardnih tiskanih vezij), medtem ko se fenolno papirnato ploščo (FR-1/FR-2) uporablja le v nekaj aplikacijah. Lastnosti podlage ustrezajo splošnim

standardom IPC (Mednarodne združenje za elektronske industrije), UL in drugim standardom. Na primer, FR-4 ima temperaturo prehoda v stekleno stanje (Tg) približno 130~150 ℃, toplotno prevodnost 0,3~0,5 W/(m·K) in

dielektrično konstanto (Dk) 4,2~4,7 pri 1 GHz. Ima stabilne lastnosti in nizko ceno.

Standardizacija procesa

Glede na globalno sprejete postopke izdelave tiskanih vezij (priprava materiala → vrtanje → poniklanje bakra → galvanska obdelava → ekspozicija → graviranje → laka proti zaponam → površinska obdelava → oblikovanje → testiranje), so parametri obdelave in

natančnostni zahtevi v industriji standardizirani:

· Standardna širina črte/razmik: ≥0,1 mm (4 mil);

· Najmanjši premer luknje: ≥0,3 mm;

· Površinska obdelava: Preferira standardizirane postopke, kot so HASL (High-Speed Iron Lamination), ENIG (Engineering Injection Gold) in nikeljevo-zlati prevleki;

· Število plasti: Predvsem eno- in dvostranski tiskani vezji, večplastni tiskani vezji (4~8 plasti) spadajo tudi v standardni razpon (več kot 12 plasti je večinoma uvrščenih med visoko zmogljive tiskane vezje).

Posplošitev primerov uporabe

Kompatibilen je s konvencionalnimi vezji brez posebnih zahtev glede zmogljivosti, na primer:

· Potrošniška elektronika: TV matične plošče, krmilniki za usmerjevalnike, krmilne plošče za male gospodinjske aparate;

· Industrijska krmilna tehnika: običajni moduli PLC, krmilne plošče za nizkonapetostne releje;

· Pisarniška oprema: matične plošče za tiskalnike, nadzorne plošče za kopirne stroje;

· Avtomobilska elektronika: tiskane vezne plošče za sisteme začaske v vozilih.

Osnovna razlika med standardnimi tiskanimi veznimi ploščami in specialnimi tiskanimi veznimi ploščami

Ključne industrijske specifikacije za standardna tiskana vezja

· Mednarodni standardi: IPC-2221: Splošni standard konstrukcije za trda tiskana vezja;

· IPC-6012: Kvalifikacijske in zmogljivostne specifikacije za trdne tiskane plošče;

· UL 94: Standard za požarno odpornost (tiskane plošče morajo ustrezati razredu V-0).

· Standardi velikosti: Pogoste velikosti plošč so 1,2 m × 1 m, 1,2 m × 1,5 m itd., debeline pa so predvsem 0,8 mm, 1,0 mm in 1,6 mm (najpogostejše), kar ustreza zahtevom za vgradnjo večine opreme.

· Preskusni standardi: Tiskane plošče morajo pred izstopom iz tovarne prestati preizkuse zveznosti (preizkus letalskega sonde/seznama povezav), preizkuse upornosti proti izolaciji in preizkuse zalomljivosti, da se zagotovi, da osnovne električne lastnosti ustrezajo standardom.

Običajni tipi

Razvrščene po številu plasti:

· Enoplastna tiskana plošča: Le ena stran ima krožne poti, najnižji strošek, primerna za enostavne vezje;

· Dvostranska tiskana vez: Obe strani imata krožne tokokroge, povezane prek vodov (vias), kar predstavlja glavni tip standardne tiskane vezne plošče;

· Večplastna tiskana vez (4–8 plasti): Vključuje notranje plasti krožnih tokokrogov, primerna za zapletene tokokroge, še vedno pa spada v standardno kategorijo.

· Razvrstitev po strukturi: Vse so trdne tiskane vezne plošče (npr. fleksibilne tiskane vezne plošče so posebne tiskane vezne plošče), imajo določeno obliko in jih ni mogoče upogniti.

Standardne tiskane vezne plošče (predvsem na osnovi podlage FR-4) so postale najpogosteje uporabljen tip tiskanih veznih plošč v elektronskih napravah zaradi svojih osnovnih lastnosti, kot so standardizacija, univerzalnost in visoka razmerje med cenami in zmogljivostjo. Njihove specifične prednosti so naslednje:

Končna prednost v ceni

· Nizka cena podlage: Plošča iz epoksidne smole in steklenih vlaken FR-4 je trenutno tiskana vezna plošča z največjo serijo masovne proizvodnje. Cena surovin je le 1/10 do 1/50 cene posebnih podlag, kot so keramične ali Rogersove podlage, in

oskrba je stabilna;

· Nizki stroški procesa: Uporablja se popolnoma standardizirani proizvodni proces, brez potrebe po posebni opremi ali prilagojenih postopkih, izkupiček masovne proizvodnje pa je visok do 98 % ali več, kar dodatno zmanjšuje stroške na enoto;

· Nizki stroški nabave: Tržna ponudba je zadostna, zrele pa so tudi verige dobaviteljev in odjemalcev (plošča, obdelava, testiranje).

Nizka cena na enoto je dosegljiva celo pri manjših in srednjih serijah, kar ga naredi primeren za občutljive izdelke glede na stroške, kot so potrošniška elektronika in majhne gospodinjske aparate.

Zrel standardizacijski sistem

· Standardizacija načrtovanja: V skladu s svetovno priznanimi standardi, kot sta IPC-2221 in UL, lahko načrtovalci neposredno uporabljajo zrele knjižnice načrtov brez ponovne preverjanja;

· Standardizacija procesa: Od vrtanja in elektroplastike do lemljenja in litja imajo vsi postopki jasne industrijske standarde, zato so standardne tiskane plošče (PCB) iz različnih proizvajalcev visoko združljive, zaradi česar ni

potrebe po prilagoditvi oblikovanja pri menjavi dobaviteljev;

· Standardizacija testiranja: Preveritveni postopki, kot so testiranje prevodnosti, testiranje izolacije in testiranje lemljivosti, so enotni, kakovost izdelkov pa se lahko kvantificira in sledi, kar zmanjša tveganja glede kakovosti.

Širok nabor univerzalnosti in prilagodljivosti

· Prilagodljivost scenarijem:

** Pokriva več kot 90 % običajnih elektronskih naprav, vključno s potrošniško elektroniko (televizorji, usmerjevalniki), industrijsko avtomatizacijo (običajni PLC-ji), pisarniško opremo (tiskalniki) ter avtomobilsko elektroniko (ugotovitveni sistemi v vozilih),

kar odpravlja potrebo po prilagajanju za posamezne primere uporabe. **Kompatibilnost komponent:**

** Podpira vse konvencionalno pakirane komponente (za površinsko montažo, skozi luknje), prilagodljiv glavnim postopkom lemljenja, kot sta THT in SMT, ter ponuja visoko oblikovalno fleksibilnost.

· Pokritost plasti:

** Od enostranskih plošč do 8-plastnih plošč spadajo v standardno kategorijo tiskanih vezij, kar izpolnjuje potrebe od preprostih vezij (kontrolne plošče za igrače) do kompleksnih vezij (matične plošče računalnikov).

Stabilne osnovne zmogljivosti

· Zanesljive električne lastnosti: Stabilna dielektrična konstanta (4,2~4,7@1GHz), izolacijska trdnost izpolnjuje zahteve konvencionalnih nizkonapetostnih/visokonapetostnih vezij (preizkus zdržljivosti pri 2000 V AC) in prenos signalov

izgube so zanemarljive v nizkofrekvenčnih (<2 GHz) primerih;

· Izkazuje mehanske standarde: Visoka trdota in ne deformira se lahko, 1,6 mm debela FR-4 PCB plošča zmore običajne namestitvene obremenitve (kot so pritrditev s požarniki in vstavljanje/izvijanje konektorjev), kar izpolnjuje

zahteve strukturne podpore opreme;

· Prilagodljivost okolju: Dolgoročna zmogljivost se v normalnem temperaturnem območju (-20 ℃~85 ℃) in suhem okolju ne poslabša, primerno za uporovne pogoje večine notranje elektronske opreme.

Priročna oskrbna veriga in dostava

· Kratek proizvodni cikel: Standardizirani postopki odpravijo potrebo po prilagoditvi razvoja, dobavni roki za male in srednje serije pa znašajo le 3–5 dni, kar je znatno hitrejše kot pri specializiranih tiskanih vezjih (običajno 10–15 dni);

· Širok izbor dobaviteljev: Desetisoči standardnih proizvajalcev tiskanih vezij po vsem svetu, od velikih tovarn do manjših delavnic, omogočajo dovolj prostora za pogajanja za kupce;

· Priročna servisna podpora in vzdrževanje: Standardna tiskana vezja omogočajo nizke stroške za odkrivanje napak in zamenjavo, kar omogoča vzdrževalnemu osebju, da hitro določi okvarjene tokokroge in zamenja sestavne dele ter tako zmanjša izpade opreme

stroški vzdrževanja.

Oblikovanje in proizvodnja z nizkimi ovirami

Nizka meja oblikovanja: inženirji ne potrebujejo obvladati lastnosti posebnih podlag (kot je postopek sinteriranja keramike ali visokofrekvenčno oblikovanje Rogers); za oblikovanje zadostuje običajno znanje na področju elektronike

nizka meja proizvodnje: tudi tovarne srednje velikosti lahko dosegajo serijsko proizvodnjo s standardizirano opremo (vrtilni stroji, eksponirni stroji, vrezovalne linije) brez visokih investicij v opremo

kar dodatno zmanjšuje stroške.