O grubość płytek PCB, Przy zakupie i produkcji płytki drukowanej (PCB) bierze udział wiele czynników, takich jak profil, waga i komponenty. Jednak jednym z najważniejszych czynników jest grubość płytki PCB. Dlaczego? Grubość wpływa na przewodność i oporność, czyli istotne czynniki, które muszą odpowiadać wymaganiom Twojej płytki PCB. Zazwyczaj grubość PCB ma znaczący wpływ na jej funkcjonalność.

Zazwyczaj klient lub projektant musi podać skąpe informacje na temat tego, gdzie i jak będzie ona używana. Pomaga to w określeniu konkretnej grubości, która jest odpowiednia dla jej zastosowania i obszaru, w którym jest używana.

Z kolei spójrzmy na różne dostępne poziomy grubości i jak można określić odpowiednie standardy dla swoich wymagań.

1、Standardowa grubość PCB

W XX wieku zdefiniowano standardy PCB, począwszy od ramki z blachy, aż do momentu, gdy Albert Hanson opracował płaskie felerne przewodniki izolowane w wielu warstwach. Płyty miały prostą konstrukcję z pojedynczym panelem z wieloma warstwami umieszczonymi razem. Obecnie płytki PCB są jednostronne (z jedną warstwą miedzi), dwu/dwustronne (dwie warstwy miedzi z warstwą podłoża pomiędzy nimi) lub wielowarstwowe (wiele warstw płytki dwustronnej).

Typowa grubość PCB wynosi 0,063 cala lub 1,57 mm; jest to znormalizowany poziom określony z przeszłości. Dzieje się tak dlatego, że w czasach przemysłu sklejkowego 0,063" było grubością arkuszy sklejki używanych jako podłoża dla urządzeń elektronicznych, do których należały płytki PCB.

Obrazek 1: Grubość PCB

Kiedy zaczęły powstawać wielowarstwowe płytki PCB, grubość złączy pomiędzy płytkami musiała się zgadzać. Dlatego poziom spójności stał się istotną zmienną i pojawił się wymóg standardowego pokładu miedzi stosowanej jako warstwy na krawędziach płyt. Z kolei 0,063" stało się standardową grubością PCB.

Niemniej jednak, istnieje szeroki zakres grubości od 0,008 cala do 0,240 cala, pomiędzy którymi można wybierać w zależności od aplikacji lub obszaru użytkowania. Dlatego też istotne jest, aby przekazać wymagania dotyczące odpowiedniego rozmiaru grubości płytki PCB.

1.1 Grubość płytki PCB

Szerokość płytki zależy od warstwy izolacyjnej i zawartości materiału, z którego jest wykonana. Na początku rozwoju płytek PCB warstwy, góra i dół były wykonane z bakelitu, a grubość wynikowa wynosiła 0,0065".

Z czasem zaczęto stosować lepsze podłoża, inne niż sklejka. Na przykład żywica epoksydowa lub fenolowa wzmocniona papierem są jednymi z podłoży stosowanych pomiędzy warstwami folii miedzianej. W konsekwencji zastosowania lżejszych materiałów oprócz braku stosowania złącz krawędziowych, grubość płytki wynosi niekiedy poniżej 0,0065".

1.2 Grubość miedzi na PCB

Miedź jest dyktatorem funkcjonalności i obszaru zastosowań PCB, jej grubość ma zasadniczą rolę w uzyskaniu standardowej grubości PCB. Jej miara to zazwyczaj uncja (oz). Uzyskuje się ją poprzez równomierne rozłożenie uncji miedzi na powierzchni stopy kwadratowej, co daje 1,37 mils (1,37 tysięcznych cala).

Zazwyczaj płytki PCB są produkowane z 1 uncji miedzi. Jest to również grubość zakładana przez producentów, gdy projektant nie podaje konkretnych pomiarów.

Jednakże, jeśli prąd, który ma przejść przez PCB będzie wymagał więcej niż uncję miedzi, producent może dodać wagę miedzi lub szerokość śladu. Jednak cena wzrasta nie tylko z powodu zwiększonej ilości miedzi, ale także dlatego, że obróbka grubszej miedzi jest trudniejsza i wymaga więcej czasu.

1.3 Grubość śladu PCB

Grubość śladu PCB to grubość określana przez projektanta i jest to jeden z istotnych parametrów przy projektowaniu PCB. Jest ona określona w plikach Garbera projektanta, aby zapobiec przegrzaniu lub uszkodzeniu PCB. Kiedy prąd płynie lub wzrasta, ślady miedzi zaczynają się nagrzewać, a ostatecznie temperatura PCB wzrasta. Kiedy temperatura przekracza limit PCB, zaczyna się ona uszkadzać. Dlatego ścieżka powinna być wystarczająco gruba, aby umożliwić większy przepływ prądu bez wpływu na średnią temperaturę PCB.

Jak więc określa się grubość ścieżki PCB? Ilość prądu przechodzącego przez PCB jest porównywana ze wzrostem temperatury. Szerokość, która może obsłużyć wzrost temperatury od średniej temperatury pracy do maksymalnej temperatury pracy to grubość śladu.

Zadanie obliczania szerokości śladu byłoby uciążliwe. Dlatego projektanci używają kalkulatora szerokości PCB, który zapewnia odpowiednią szerokość, przez którą może przepływać prąd bez powodowania uszkodzeń płytki. Grubość wynikowa ma szerokie warstwy wewnętrzne ze względu na większe magazynowanie ciepła, ponieważ warstwy zewnętrzne przekazują do nich swoje ciepło poprzez konwekcję.

Zalecane jest stosowanie wewnętrznej szerokości śladu dla wszystkich śladów.

2、Standardowa grubość PCB Fr-4

Znany również jako FR-4 lub FR4, Fr-4 oznacza trudnopalny, a cztery wskazują na klasę użytych materiałów. Fr-4 jest nazwa, jak również oceny. Jest używany jako nazwa podczas produkcji PCB i arkuszy wzmocnionych włóknem szklanym z laminatem epoksydowym. Jako ocena, Fr-4 jest używany do oceny arkuszy laminatu epoksydowego, aby wskazać ich jakość.

Jeśli często masz do czynienia z PCB, prawdopodobnie znasz materiał Fr-4. Jest to popularny materiał bazowy PCB, ponieważ jest to główny składnik wykorzystywany do produkcji sztywnych płytek drukowanych.

Materiał Fr-4 to struktura składająca się głównie z włókna szklanego utkanego w cienki i wyglądający jak tkanina arkusz. Włókno szklane daje Fr-4 popularność jako solidna podstawa do produkcji sztywnych płytek drukowanych. Jest on zamknięty ognioodporną żywicą epoksydową i to właśnie z niej bierze się sztywność.

Obrazek 2: Standardowa grubość PCB Fr-4

Wśród innych powodów, Fr-4 jest popularny jest ze względu na niski koszt materiałów i jego wszechstronność. Arkusze FR-4 mają ogromną wytrzymałość dielektryczną jako izolatory elektryczne. Poza tym są lekkie, odporne na wodę i ciepło; w skrócie, nadają się do różnych warunków środowiskowych.

Fr-4 standardowa grubość PCB jest mierzona w milimetrach lub calach.

Zwykle wynosi ona od 3" do 10". Zastosowanie którejś z tych kalibracji zależy od tego, co preferuje projektant lub producent. Ze względu na szerokie zastosowanie podłoża Fr-4, zakres jego kolejnych grubości płyt może sięgać pewnych skrajności.

Tak więc przy tak szerokim zakresie grubości Fr-4, jakie czynniki projektant wziąłby pod uwagę przy produkcji PCB?

Kompatybilność komponentów: Mimo że Fr-4 może być użyty do produkcji prawie każdej płytki drukowanej, jego grubość wpływa na kompatybilność komponentów płytki. Na przykład, części PCB z dużymi otworami przelotowymi różnią się od większości komponentów, ponieważ mają otwory przelotowe, które wymagają małej grubości PCB.

Przestrzeń: Przestrzeń jest niezbędnym czynnikiem przy projektowaniu PCB, zwłaszcza podczas projektowania małych urządzeń, takich jak złącza USB i akcesoria Bluetooth. Z kolei cieńsze płytki są dopasowane, gdzie oszczędność miejsca jest kluczowa.

Wymagania projektowe:

Większość producentów woli grubsze płytki od cieńszych. Dlaczego. Przy podłożu Fr-4 węższe deski są bardziej narażone na złamanie, gdy są zbyt duże. Ponadto brakuje im cech rowkowych. Z drugiej strony, grubsze płytki są spektakularnie elastyczne i mają cechy rowków. Dlatego rozsądnie byłoby wziąć pod uwagę dodatkową wagę płytki PCB.

Elastyczność:

Dyskusyjne jest, czy elastyczność wynika z cieńszych czy grubszych płytek, ale właściwą odpowiedzią jest miejsce, w którym PCB jest używane i jego zastosowanie. Weźmy przykład zastosowania elektronicznej jednostki sterującej w medycynie; cieńsze płytki zapewniają mniejsze naprężenia. W tej sytuacji węższe płytki dają w efekcie bardzo elastyczne PCB.

Jednak podczas produkcji PCB, stosowanie cieńszych płyt może być kłopotliwe, zwłaszcza podczas lutowania. Ze względu na swoją elastyczność, płyty prawdopodobnie będą się wyginać podczas lutowania, powodując zakrzywianie innych elementów pod niepożądanym kątem. W procesie tym mogą również pęknąć człony i ich połączenia, co skutkuje uszkodzeniem płyty.

Dopasowanie impedancji:

Grubość płyty jest istotna, gdy mamy do czynienia z płytami wielowarstwowymi, ponieważ dopasowanie impedancji jest kluczowe. Jest tak, ponieważ warstwy tworzą dialektykę, która ułatwia kontrolę impedancji.

Obrazek 3: Grubość 4 warstw.

Producent zazwyczaj zdaje sobie sprawę, że przy sygnałach o wysokiej częstotliwości, komponentach takich jak w mikrofalówce dopasowanie impedancji jest kluczowe, a pojemność powinna być uwzględniona na każdej warstwie. Bez dopasowania impedancji, odpowiednia funkcjonalność płytki jest prawie zerowa.

Połączenia: Kolejnym istotnym czynnikiem, który wpływa na pożądaną przez klienta szerokość projektu PCB, jest złącze krawędziowe. Podczas produkcji PCB, producent powinien uważać na grubość Fr-4. Jeśli część współpracująca złącza nie będzie pasować, to w rezultacie dojdzie do uszkodzenia płytki PCB.

Aby uniknąć takich wypadków, decyzje o materiałach użytych do wykonania PCB podejmuje się po zakończeniu projektowania obwodu.

Działa to jako szablon lub projekt PCB, który dokładnie pasuje do części współpracującej złącza lub komponentu.

Waga: Oczywiście, grubość płytki będzie miała wpływ na wartość PCB. Producentowi może nie zależeć na wadze płytki PCB, ale dla klienta ma ona ogromne znaczenie. Lżejsza płytka to oszczędność na kosztach zakupów, ponieważ produkt końcowy jest bardziej lekki.

Podsumowując, nawet przy tak szerokim zakresie grubości, cieńsza warstwa jest bardziej odpowiednia dla urządzenia. Niemniej jednak projektant nigdy nie ma pewności, czy mała płytka będzie pasowała do części współpracujących złącz i otworów przelotowych urządzeń. Dlatego mądrym wyborem jest zazwyczaj przejście na standardową grubość PCB.

3、Standardowa grubość rdzenia PCB

PCB rdzeń jest warstwa zawierająca Fr-4 substratu sandwiched przez folie miedziane, jak produkowane w fabryce rdzenia. W tworzeniu standardowego rdzenia PCB, niektóre elementy muszą być umieszczone w miejscu. Folie miedziane używane do tworzenia warstwy rdzenia Fr-4 powinny być gładkie i dokładne.

Dwa to pre-preg, warstwa używana do laminowania rdzenia powinna być w kratkę. Warstwa ta wykonana jest z siatki włókiennej nasyconej środkiem wiążącym żywicę wyprodukowanym do wiązania wytrawionych serc. Zawiera również nieutwardzony Fr-4, którego grubość jest różna od wysokości wytrawionych desek po obu stronach.

Obraz 4: Popularne rdzenie

Producenci mają problem z wyborem standardowej grubości rdzenia PCB podczas wykonywania wielowarstwowych konstrukcji PCB. Problem polega na tym, że informacja o dokładnych wymaganiach materiałowych jest zazwyczaj częściowo podana lub nie podana. W wyniku braku takich istotnych informacji, wydajność wynikowej płytki PCB jest obniżona.

Niemniej jednak, producent może spotkać się z sytuacją, w której wymagania dotyczące grubości nie są spełnione, a płyta PCB działa bez zarzutu. Oznacza to, że grubość rdzenia PCB nie jest krytyczna dla wydajności, a przez cały czas klient tego nie zauważa.

Jednak obecnie jakość produktu to jego doskonała wydajność, a żeby to osiągnąć, grubość rdzenia musi być jak najdokładniejsza. W związku z tym projektanci muszą przedstawić producentowi kompleksowe i precyzyjne wymagania dotyczące rdzenia PCB.

Zakres grubości rdzenia PCB

Waga pomiarów grubości rdzenia waha się od pół uncji do 3 uncji, pomiędzy którymi wykonuje się dokładny rozmiar w oparciu o pożądaną funkcjonalność PCB. Należy pamiętać, że waga wynikowa obejmuje folie miedziane, które mają podobną wartość po obu stronach.
Co się więc dzieje, gdy producent ma różne wagi miedzi po obu stronach? Zwykle prowadzi to do dodatkowych obciążeń prądowych, a tym samym słabej wydajności PCB.

Jeśli jednak grubość rdzenia ma odpowiednią wagę miedzi, można użyć niektórych arkuszy pre-preg w pozycjach dielektrycznych, aby uzyskać ostateczną spójność. Niekoniecznie jest to przewidziane podczas projektowania, zwłaszcza tam, gdzie nie ma potrzeby kontroli impedancji.

Jeśli jednak wymóg impedancji nie jest niezbędny, zawsze można go poprawnie podać w dokumentacji, którą dostarczymy producentowi. Mogą oni wtedy dokonać modyfikacji pre-pregów pomiędzy rdzeniami.

4、Standardowa grubość dwuwarstwowej płytki PCB

Wielowarstwowe konstrukcje płyt rozwinęły się z czasem i są obecnie popularnym typem płyt wykorzystywanym w produkcji PCB. Popularnie składają się one z materiału tkaniny szklanej na bazie epoksydowej, ale z pokryciem miedzianym. Dzięki rozwojowi technologii różne warstwy pozwalają na większe obciążenia i nadal mają grubość 63 mm.

Ze względu na wymagania dotyczące okablowania skomplikowanych obwodów, liczebność warstw PCB została dodana. Z kolei płytki drukowane, które również zostały wyprodukowane, mają większą liczbę warstw, a wynikiem tego jest zwiększenie grubości PCB z 63mm do 93mm.

Przy użyciu materiałów 370HR firmy Isola dostępne są wewnętrzne rdzenie warstwowe, w tym rdzenie 5, 8, 9.5, 14, 18, 21, 28, 35, 39, 47, 59 i 93 mil. Jednak dla materiałów wysokotemperaturowych przewidziano rdzenie Isola's 370HR o grubości 8, 10, 14, 22 i 39 mil.
Standardowa grubość PCB zależy również od warstw laminacji foliowej. Jeśli laminacja foliowa jest przeznaczona dla czterowarstwowej płytki PCB, standardowa grubość wynosi 0,031". Dla 6-warstwowej laminacji foliowej najbardziej odpowiednim standardem byłoby 0,062".

Ostatecznie, dla 8-warstwowej i 10-warstwowej płytki, standardowa grubość PCB jest podana jako 0,062, 0,093 i 0,125 cala. Możesz również wybrać ½, jedną lub 2-gigabajtową wewnętrzną warstwę folii miedzianej, w zależności od wymagań dla Twojej płytki. Można również użyć jednego z naszych dostarczanych dielektryków lub własnego układu.

4.1 standardowa grubość dwuwarstwowej płytki PCB

Rysunek 5: Standardowa grubość dwuwarstwowej płytki PCB

4.2 Standardowa grubość czterowarstwowej płytki PCB

Obraz 6: Standard grubości czterowarstwowej płytki PCB

5、PCB Grubość Tolerancja

Tolerancja grubości PCB jest definiowana jako dodatek substancji stosowanej w produkcji PCB. Może to być zarówno niższa jak i wyższa niż standardowa ilość materiału.

Zdjęcie 7: Tolerancja grubości PCB.

Producent używa wytycznych i zasad IPC jako linii partyjnej, która zapewnia inną specyfikację stworzoną z wewnętrznymi parametrami tolerancji. Parametry te mają odpowiednie odchylenia dla producenta, aby stworzyć płytkę i funkcjonować poprawnie w obszarze jej zastosowania.

6、Wniosek

Do tej pory jest jasne, że grubość płytki PCB ma ogromne znaczenie dla jej funkcjonalności. Dlatego wymaga to od projektantów, aby byli chętni do dostarczenia dokładnych wyników dla najlepiej działających PCB i to jest, gdzie my, OurPCB, przyjść.

Rozumiemy, że uzyskanie płytki PCB jest inwestycją i cenimy naszych klientów, pokładając ich zaufanie w nas, aby zapewnić nic mniej niż najlepsze. Z kolei nasze wieloletnie doświadczenie wykorzystujemy do pracy i stosujemy najnowsze technologie w tworzeniu każdej płytki PCB, dzięki czemu uzyskujemy odpowiednią grubość standardu zgodnie z wymaganiami klienta.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące PCB, produkcji PCB lub procesu montażu PCB w swoim projekcie, skontaktuj się z nami, ponieważ jesteśmy dostępni 24 godziny. Co najważniejsze, jeśli chcesz złożyć zamówienie, zawsze z przyjemnością dostarczymy krytyczne, wysokowydajne rozwiązania PCB i PCBA na twoje drzwi.