Стандартна друкована плата

Значення стандартних друкованих плат

Стандартні друковані плати як правило, стосуються друкованих плат, виготовлених згідно з галузевими стандартними специфікаціями, із застосуванням відпрацьованих технологій та звичайних основ. Це поняття є відносним щодо спеціальних друкованих плат. Їхніми основними характеристиками є висока універсальність, стандартизовані процеси та контрольовані витрати. Вони задовольняють базові потреби у підключенні електричних кіл у типових сценаріях, таких як побутова електроніка та промислова автоматика.

Стандартизація основи

Основним матеріалом є склотекстоліт на основі епоксидної смоли FR-4 (понад 90% усіх стандартних друкованих плат), тоді як у окремих випадках використовується гетинакс (FR-1/FR-2). Властивості основи відповідають загальноприйнятим стандартам IPC (Міжнародна асоціація електронної промисловості), UL тощо. Наприклад, склотекстоліт FR-4 має температуру склування (Tg) близько 130~150 °C, теплопровідність 0,3~0,5 Вт/(м·К)

та діелектричну проникність (Dk) 4,2~4,7@1 ГГц. Має стабільні характеристики та низьку вартість.

та діелектричну проникність (Dk) 4,2~4,7@1 ГГц. Має стабільні характеристики та низьку вартість.

Стандартизація процесу

Згідно з загальноприйнятими у світі процесами виробництва друкованих плат (підготовка матеріалу → свердління → металізація міддю → електролітичне покриття → експонування → травлення → нанесення паяльної маски → поверхнева обробка → формування → тестування), параметри обробки та

вимоги до точності є стандартизованими в межах галузі:

· Стандартна ширина лінії/відстань між лініями: ≥0,1 мм (4 mil);

· Мінімальний діаметр отвору: ≥0,3 мм;

· Поверхнева обробка: Надається перевага стандартизованим процесам, таким як HASL (гаряче луження), ENIG (хімічне нанесення нікелю та золота) та гальванічне нікелювання-золотіння;

· Кількість шарів: Переважно односторонні/двосторонні плати, багатошарові плати (4–8 шарів) також входять до стандартного діапазону (понад 12 шарів найчастіше класифікуються як високопродуктивні друковані плати).

Узагальнення сценаріїв застосування

Сумісний з традиційними схемами без спеціальних вимог до продуктивності, наприклад:

· Побутова електроніка: Материнські плати телевізорів, маршрутизатори, друковані плати керування малими побутовими приладами;

· Промислова автоматика: звичайні модулі ПЛК, плати керування низьковольтними реле;

· Офісна техніка: материнські плати принтерів, друковані плати копірів;

· Автомобільна електроніка: друковані плати бортових розважальних систем.

Основна відмінність між звичайними та спеціальними друкованими платами

Ключові галузеві специфікації для стандартних друкованих плат

· Міжнародні стандарти: IPC-2221: Загальний стандарт проектування жорстких друкованих плат;

· IPC-6012: Специфікації кваліфікації та продуктивності для жорстких друкованих плат;

· UL 94: Стандарт стійкості до полум'я (стандартні друковані плати повинні відповідати класу стійкості V-0).

· Стандарти розмірів: Поширені розміри плат — 1,2 м × 1 м, 1,2 м × 1,5 м тощо, товщина переважно 0,8 мм, 1,0 мм та 1,6 мм (найпоширеніша), що відповідає вимогам монтажу більшості обладнання.

· Випробувальні стандарти: Друковані плати мають проходити перевірку цілісності ланцюгів (тест літаючого щупа/перевірка мережевого списку), випробування опору ізоляції та випробування зварювання перед відправкою з заводу, щоб забезпечити відповідність базових електричних характеристик стандартам.

Поширені типи

Класифікація за кількістю шарів:

· Одностороння друкована плата: Лише одна сторона має електричні ланцюги, найнижча вартість, підходить для простих схем;

· Двостороння друкована плата: Обидві сторони мають електричні ланцюги, взаємозв'язок забезпечується через перехідні отвори, є основним типом стандартної друкованої плати;

· Багатошарова друкована плата (4–8 шарів): Містить внутрішній шар електричних ланцюгів, підходить для складних схем, все ще належить до стандартної категорії.

· Класифікація за конструкцією: Усі є жорсткими друкованими платами (гнучкі друковані плати — це спеціальні друковані плати), мають фіксовану форму і не можуть згинатися.

Стандартні друковані плати (переважно на основі матеріалу FR-4) стали найпоширенішим типом друкованих плат у електронних пристроях завдяки таким ключовим характеристикам, як стандартизація, універсальність і висока вартісна ефективність. Їх конкретні переваги такі:

Остаткова вигода у вартості

· Низька вартість основи: Склотекстоліт із епоксидною смолою FR-4 є на сьогодні друкованою платою з найбільшим обсягом масового виробництва. Вартість сировини становить лише 1/10–1/50 від вартості спеціальних матеріалів, таких як кераміка чи Rogers, і

постачання стабільне;

· Низька вартість виробництва: Використовується повністю стандартизований виробничий процес, без необхідності спеціального обладнання або індивідуальних технологій, рівень придатності при масовому виробництві досягає 98% або більше, що додатково знижує собівартість одиниці продукції;

· Низька вартість закупівлі: Ринкова пропозиція достатня, а промислові ланцюги зверху та знизу досить розвинені (дошки, обробка, тестування).

Навіть при закупівлі середніх і малих партій можна отримати низьку ціну за одиницю, що робить матеріал придатним для продуктів, чутливих до вартості, таких як побутова електроніка та невеликі побутові прилади.

Зріла система стандартизації

· Стандартизація проектування: Дотримуючись загальновизнаних міжнародних стандартів, таких як IPC-2221 та UL, конструктори можуть безпосередньо використовувати готові бібліотеки проектів без необхідності повторного підтвердження;

· Стандартизація процесів: Від свердління та гальванопокриття до нанесення паяльної маски та формування — усі процеси мають чіткі галузеві стандарти; стандартні друковані плати, виготовлені різними виробниками, високо сумісні, тому немає

необхідності змінювати конструкцію при зміні постачальника;

· Стандартизація тестування: Процеси перевірки, такі як тестування цілісності, тестування ізоляції та тестування припоювання, уніфіковані, а якість продукту може бути кількісно визначена та відстежена, що зменшує ризики якості.

Широкий діапазон універсальності та адаптивності

· Адаптивність до сценаріїв:

** Охоплює понад 90% звичайних електронних пристроїв, включаючи побутову електроніку (телевізори, роутери), промисловий контроль (звичайні ПЛК), офісну техніку (принтери) та автомобільну електроніку (бортові розважальні системи),

що усуває необхідність у налаштуванні окремих рішень для одного сценарію. **Сумісність компонентів:**

** Підтримує всі звичайні типи корпусів компонентів (для поверхневого монтажу, отвірних), адаптується до поширених процесів паяння, таких як THT і SMT, забезпечуючи високу гнучкість проектування.

· Кількість шарів:

** Від односторонніх плат до 8-шарових — усі вони входять до категорії стандартних друкованих плат, задовольняючи потреби від простих схем (контрольні плати іграшок) до складних (материнські плати комп'ютерів).

Стабільна базова продуктивність

· Надійна електрична продуктивність: Стабільна діелектрична проникність (4,2~4,7@1 ГГц), міцність ізоляції відповідає вимогам звичайних низьковольтних/високовольтних кіл (випробування на стійкість до змінного струму 2000 В), втрати при передачі сигналу

нехтовно малі у сценаріях низьких частот (<2 ГГц);

· Відповідність стандартам механічної міцності: Висока твердість і стійкість до деформації, FR-4 плати товщиною 1,6 мм можуть витримувати звичайні монтажні навантаження (наприклад, кріплення гвинтами та під'єднання/від'єднання роз'ємів), що задовольняє

вимоги до конструкційної підтримки обладнання;

· Адаптація до умов довкілля: Довгострокова продуктивність не погіршується за нормальної температури (-20℃~85℃) та в сухому середовищі, підходить для умов експлуатації більшості внутрішніх електронних пристроїв.

Зручний ланцюг постачання та доставка

· Короткий виробничий цикл: Стандартизовані процеси усувають необхідність у розробці на замовлення, забезпечуючи терміни поставки партій невеликого та середнього розміру всього за 3-5 днів, що значно швидше, ніж для спеціалізованих друкованих плат (зазвичай 10–15 днів);

· Широкий вибір постачальників: Десятки тисяч стандартних виробників друкованих плат по всьому світу — від великих заводів до малих майстерень — забезпечують простір для переговорів покупцям;

· Зручний сервісний обслуговування та технічне обслуговування: Стандартні друковані плати мають низькі витрати на виявлення несправностей і заміну, що дозволяє персоналу з обслуговування швидко виявляти несправні схеми та замінювати компоненти, зменшуючи простої обладнання

витрат на обслуговування.

Низький бар'єр у проектуванні та виробництві

Низький поріг проектування: Інженери не повинні вивчати особливості спеціальних матеріалів основи (наприклад, процес спікання кераміки або високочастотний дизайн Rogers); достатньо звичайних знань з електроніки

завершити проект. Низький поріг виробництва: дрібні та середні підприємства також можуть досягти масового виробництва за допомогою стандартизованого обладнання (свердлильних верстатів, експозиційних машин, травильних ліній) без високих капіталовкладень у обладнання

інвестиції, що далі знижує вартість.