В современной электронной промышленности печатные платы (ПП) являются важнейшими компонентами. Будь то компьютер, смартфон, автомобиль или любое другое электронное устройство, ПП используются для поддержки и соединения электронных компонентов. Проектирование и производство ПП играют жизненно важную роль в производительности, надежности и функциональности электронных устройств. Выбор материала для ПП является одним из важнейших решений, которое производители должны тщательно продумать в процессе проектирования и производства. Различные материалы обладают различными электрическими, механическими и термическими свойствами, которые напрямую влияют на функциональность и надежность ПП. Поэтому выбор лучшего материала для ПП имеет решающее значение для обеспечения соответствия ПП требуемым характеристикам в различных сценариях применения. Цель этой статьи — исследовать, как производители ПП могут выбрать лучшие материалы для ПП. Мы начнем с описания важности материалов для ПП и их влияния на электрические характеристики, механические характеристики и управление температурой.
Затем мы рассмотрим ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе материалов для печатных плат. В заключение мы дадим рекомендации по выбору материалов и представим примеры различных вариантов. Цель данной статьи — предоставить производителям печатных плат ценные рекомендации и информацию, помогая им принимать обоснованные решения при выборе материалов.
Важность материалов печатных плат
Влияние материалов печатной платы на электрические характеристики
Материалы печатных плат играют ключевую роль в определении электрических характеристик печатной платы. Различные материалы обладают различными электрическими характеристиками, которые могут существенно влиять на производительность схемы. Диэлектрическая проницаемость: Диэлектрическая проницаемость материалов печатных плат определяет скорость распространения сигналов по плате. Более низкая диэлектрическая проницаемость обеспечивает более быстрое распространение сигнала, что крайне важно для высокочастотных приложений. Выбор материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью может уменьшить задержки передачи сигнала и искажения. Коэффициент потерь: Коэффициент потерь измеряет степень, в которой материал ослабляет сигналы. Более низкий коэффициент потерь указывает на то, что материал уменьшает потери энергии при передаче сигнала, тем самым сохраняя качество и силу сигнала. В высокочастотных приложениях выбор материалов с более низким коэффициентом потерь может минимизировать затухание сигнала и шум. Электроизоляция: Материалы печатных плат должны обладать превосходными электроизоляционными свойствами, чтобы обеспечить надлежащую изоляцию между различными слоями схемы или дорожками на плате. Высококачественные изоляционные материалы предотвращают перекрестные помехи и короткие замыкания в цепи, повышая стабильность и надежность схемы. Теплопроводность: Влияние материалов печатных плат на теплопроводность косвенно влияет на электрические характеристики схемы. Теплопроводность материала определяет, как рассеивается и распространяется тепло, генерируемое в цепи. Эффективное управление тепловым режимом помогает предотвратить перегрев компонентов, обеспечивая нормальную работу и надежность цепи.Влияние материалов печатной платы на механические характеристики
В дополнение к электрическим характеристикам, материалы печатных плат также существенно влияют на механические характеристики и надежность печатной платы. Прочность и жесткость: Материалы печатных плат должны обладать достаточной прочностью и жесткостью, чтобы выдерживать нагрузки и вибрации во время сборки и использования. Более высокая прочность и жесткость предотвращают деформацию, поломку или повреждение печатной платы во время работы. Термостойкость: Материалы печатных плат должны обладать отличной термостойкостью, чтобы поддерживать стабильность и надежность печатной платы в условиях высоких температур. В некоторых приложениях, таких как автомобильная электроника и аэрокосмическая промышленность, материалы печатных плат должны выдерживать экстремальные температуры. Химическая стойкость: Материалы печатных плат должны обладать хорошей стойкостью к распространенным химикатам и средам. В некоторых приложениях, особенно в промышленных или суровых условиях, печатная плата может сталкиваться с едкими газами, жидкостями или химикатами. Выбор материалов с отличной химической стойкостью защищает печатную плату от повреждений.Влияние материалов печатных плат на терморегулирование
Управление тепловым режимом является важнейшим аспектом проектирования современных электронных устройств, и материалы печатных плат играют в нем значительную роль. Теплопроводность: Теплопроводность материалов печатных плат определяет скорость распространения и рассеивания тепла на печатной плате. Отличная теплопроводность помогает быстро передавать тепло от компонентов схемы в окружающую среду, предотвращая перегрев компонентов и улучшая общую тепловую стабильность системы. Коэффициент теплового расширения: Коэффициент теплового расширения материалов печатных плат относится к изменению размеров материала при изменении температуры. Выбор материалов с коэффициентом теплового расширения, соответствующим другим компонентам, снижает тепловое напряжение и риск механической деформации, вызванной тепловым расширением и сжатием, тем самым снижая риск теплового отказа печатной платы. Конструкция рассеивания тепла: Различные материалы печатных плат имеют различную приспособляемость к конструкциям и решениям по рассеиванию тепла. Для схем высокой мощности может потребоваться выбор материалов с более высокими возможностями рассеивания тепла или реализация методов улучшения нагрева, таких как тепловые медные площадки.Основные элементы материалов печатных плат
Материалы для печатных плат являются основными компонентами, используемыми при производстве печатных плат (ПП), и они напрямую влияют на их производительность и надежность. В этом разделе мы обсудим основные характеристики материалов для ПП, включая проводимость, изоляцию и тепловые характеристики.
Проводимость:
Проводимость — важнейшая характеристика материалов печатных плат, поскольку она определяет способность сигналов распространяться по цепи. Медная фольга обеспечивает проводимость в печатных платах в основном медной фольгой. Как правило, в многослойных печатных платах широко используется медная фольга толщиной от 1 до 3 унций (от 1 до 3 унций). Более толстая медная фольга обеспечивает меньшее сопротивление и лучшую проводимость. Однако использование медной фольги с высокой проводимостью также увеличивает производственные затраты, поэтому при выборе толщины медной фольги необходимо найти баланс между стоимостью и производительностью.Изоляция:
Изоляция — ещё одна ключевая характеристика материалов для печатных плат, гарантирующая отсутствие помех и утечек сигналов в цепи. Распространенные материалы для печатных плат, такие как FR-4 (эпоксидный ламинат, армированный стекловолокном), обладают хорошими изоляционными свойствами. Изоляция измеряется диэлектрической проницаемостью и коэффициентом рассеяния материала. Диэлектрическая проницаемость отражает влияние материала на скорость распространения электромагнитных волн, а коэффициент рассеяния — его способность поглощать энергию. В высокочастотных приложениях следует выбирать материалы с более низкими диэлектрическими проницаемостями и коэффициентами рассеяния, чтобы минимизировать потери сигнала и помехи.Тепловые характеристики:
Тепловые характеристики материалов печатных плат критически важны для надежности и стабильности работы схемы. Они, в первую очередь, включают теплопроводность материала и температуру стеклования (Tg). Теплопроводность определяет эффективность теплопередачи материала и особенно важна для схем, требующих отвода тепла. Высокая теплопроводность способствует поддержанию стабильной температуры на печатной плате. Tg – это температура, при которой материал переходит из стеклообразного состояния в эластичное, что отражает его механическую прочность и размерную стабильность при повышенных температурах. Материалы с высокой Tg способны противостоять деформации и разрушению при высоких температурах, что делает их пригодными для высокотемпературных применений. Помимо электропроводности, изоляции и тепловых характеристик, необходимо учитывать другие факторы, такие как механические свойства, химическая стойкость, размерная стабильность и стоимость. Выбор оптимального материала для печатных плат должен основываться на комплексной оценке требований к применению, эксплуатационных показателей и экономической эффективности. Отраслевые стандарты и техническая информация, предоставляемая поставщиками, являются ценными источниками информации для производителей при выборе материалов.Критерии выбора лучшего материала для печатных плат производителями печатных плат
Изучение и понимание конкретных требований к применению. Прежде чем выбрать оптимальный материал для печатной платы, производителям печатных плат необходимо провести глубокое исследование и понять конкретные требования к применению. Вот несколько важных аспектов, которые следует учитывать:Назначение печатной платы и условия эксплуатации
Определите предполагаемое применение печатной платы, например, устройства связи, медицинское оборудование, автомобильная электроника и т. д. Проанализируйте условия окружающей среды, в которых будет работать печатная плата, такие как температура, влажность, агрессивные газы и т. д.Сложность схемы и рабочая частота
Понимание сложности и иерархической структуры схемы, включая необходимое количество слоёв и ширину/расстояние между линиями. Определите рабочий диапазон частот схемы, поскольку высокочастотные приложения предъявляют более высокие требования к электрическим свойствам материалов. Критические электрические и механические показатели эффективности: учитывайте требования к электрическим характеристикам, такие как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла потерь, контролируемое сопротивление и т. д. Понимание требований к механическим характеристикам, таким как прочность на изгиб, ударопрочность, плоскостность поверхности и т. д.Требования к надежности
Определите требования к надежности печатной платы в течение ее ожидаемого жизненного цикла, такие как долговечность, стабильность и надежность подключения. Необходимо учитывать требования к надежности в конкретных условиях нагрузки, таких как вибрация, перепады температуры и влажности. Глубокое понимание конкретных требований к применению печатных плат позволяет производителям заложить основу для выбора подходящих материалов. Этот этап требует тесного взаимодействия и сотрудничества с заказчиками, инженерами и проектными группами. Производители также могут обратиться к отраслевым стандартам и руководствам, таким как спецификации и рекомендации IPC (Ассоциации, объединяющей отрасли электронной промышленности), чтобы ознакомиться с передовым опытом в конкретных областях применения. Определив конкретные требования к применению, производители печатных плат могут дополнительно взвесить «за» и «против» различных материалов и выбрать наиболее подходящий для удовлетворения требований конструкции. Это включает в себя учет таких факторов, как электрические характеристики, тепловые характеристики, механические характеристики, стоимость и доступность материалов. Кроме того, производители могут подтвердить производительность и надежность выбранных материалов путем создания прототипов и проведения практических испытаний. Таким образом, изучение и понимание конкретных требований к применению является важнейшим этапом в выборе оптимального материала для печатной платы. Это гарантирует производителям возможность удовлетворять потребности клиентов и выпускать печатные платы с надежными характеристиками.Отраслевые стандарты и рекомендации для производителей эталонных печатных плат
При выборе оптимального материала для печатных плат производители печатных плат могут руководствоваться отраслевыми стандартами и рекомендациями, которые предоставляют ценную информацию о характеристиках и пригодности материалов. Вот некоторые из наиболее распространённых отраслевых стандартов и рекомендаций, которые производители могут учитывать: Стандарты и спецификации IPC (Ассоциации по объединению предприятий электронной промышленности) :
IPC-2221: Общий стандарт проектирования печатных плат, содержащий рекомендации по ширине дорожек, расстояниям между ними, размерам отверстий и т. д.
IPC-4101: Спецификация базовых материалов печатных плат, включая требования к эксплуатационным характеристикам таких материалов, как FR-4, CEM-1, PTFE и т. д.
IPC-6012: Спецификация качества и надежности жестких печатных плат, охватывающая различные аспекты производства печатных плат.
IPC-6013: Спецификация качества и надежности гибких печатных плат, применимая к производству гибких печатных плат.
Техническая документация и рекомендации поставщиков материалов: Поставщики материалов для печатных плат обычно предоставляют технические паспорта и руководства по применению, содержащие информацию о свойствах материалов, их пригодности и рекомендациях по обработке. Производители могут обратиться к паспортам материалов, техническим руководствам и руководствам по применению, предоставленным поставщиками, чтобы понять преимущества и недостатки различных материалов и области их применения. Отраслевые организации и ассоциации: Отраслевые организации, такие как Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) и Ассоциация электронной промышленности (EIA), предоставляют технические руководства и исследовательские отчеты по проектированию и производству печатных плат. Производители могут посещать отраслевые конференции, семинары и учебные курсы, чтобы общаться с коллегами, обмениваться опытом и быть в курсе отраслевых тенденций и технологических достижений. Устоявшиеся методы проектирования и производства: Изучение успешных проектов проектирования и производства помогает производителям понять типы материалов и технологии, используемые в аналогичных приложениях. Обращение к прошлому опыту и передовым отраслевым практикам может помочь производителям избежать потенциальных проблем и повысить надежность продукции. Ссылаясь на отраслевые стандарты и руководства, производители печатных плат могут получить точную информацию о параметрах производительности, характеристиках и областях применения различных материалов. Эти рекомендации помогают производителям лучше понять пригодность материалов и дают рекомендации по выбору оптимальных. Однако производителям также следует рассмотреть возможность корректировки стандартов и рекомендаций в соответствии с требованиями конкретных областей применения, чтобы гарантировать соответствие выбора материалов потребностям их продукции.
Фактическое тестирование и валидация
Выбор подходящего материала для печатной платы — сложная задача, поскольку одни лишь теоретические и технические данные не позволяют полностью предсказать, как материал будет вести себя в реальных условиях. Поэтому производители печатных плат обычно проводят реальные испытания и валидацию, чтобы убедиться, что выбранный материал соответствует их требованиям и ожидаемым характеристикам.Изготовление и тестирование прототипа:
Производители печатных плат создают прототипы из выбранного материала и оценивают их характеристики с помощью серии испытаний и валидационных процедур. Эти испытания могут включать: Испытание электрических характеристик: измерение диэлектрической проницаемости материала, тангенса угла потерь, электрической прочности и т. д. для обеспечения его соответствия требованиям схемы к передаче сигнала. Испытание тепловых характеристик: оценка теплопроводности, коэффициента теплового расширения и температуры стеклования материала для обеспечения надежности в условиях высоких температур. Испытание механических характеристик: испытание жесткости, ударопрочности, сопротивления ползучести материала и т. д. для обеспечения стабильности и надежности при механических нагрузках. Испытание на адаптируемость к окружающей среде: воздействие на прототип различных условий окружающей среды, таких как высокая и низкая температура, влажность и воздействие химических веществ, для оценки стойкости материала к старению и коррозии.Оценка надежности:
Производители печатных плат также проводят оценку долгосрочной надежности выбранного материала. Это может включать ускоренные испытания на долговечность, испытания на циклическое изменение температуры, испытания на циклическое изменение влажности и температуры и т. д. для моделирования стабильности характеристик в реальных условиях эксплуатации. Эти испытания помогают производителям определить срок службы и надежность материала, а также предсказать потенциальные проблемы, которые могут возникнуть при длительном использовании.Рассмотрение стоимости и технологичности:
В процессе испытаний и валидации производители печатных плат также оценивают экономическую эффективность и технологичность выбранного материала. Стоимость материала может включать такие факторы, как закупка сырья, затраты на обработку и производство, а также последующие расходы на обслуживание. Кроме того, производители учитывают технологичность материала, включая режущую способность, сверлимость, ламинирование и т. д., чтобы убедиться, что выбранный материал подходит для их производственных процессов. Благодаря испытаниям и валидации производители печатных плат получают более полное представление о реальных характеристиках выбранного материала и гарантируют его соответствие требованиям предполагаемого применения. Эта практика также помогает снизить риски, сократить задержки производства и потери, вызванные неправильным выбором материала. Кроме того, производители могут накапливать практический опыт применения, предоставляя более точные рекомендации по выбору материала для будущих проектов. Хотя испытания и валидация могут занимать много времени, они являются критически важными этапами в выборе оптимального материала для печатной платы. Благодаря тщательному испытанию и валидации производители могут гарантировать, что выбранный материал соответствует их конкретным требованиям и обеспечивает превосходные характеристики и надежность схем.Примеры выбора распространенных материалов для печатных плат
В этом разделе мы рассмотрим несколько примеров распространённых вариантов выбора материалов для печатных плат, чтобы помочь производителям печатных плат лучше понять, как выбрать оптимальные материалы для удовлетворения конкретных требований. Бюджетные варианты: FR-4 и CEM-1
FR-4 является одним из наиболее часто используемых материалов для подложек печатных плат. Он обладает хорошими электрическими характеристиками, механической прочностью и термостойкостью. Это армированный стекловолокном материал на основе эпоксидной смолы с низкой ценой, подходящий для общих электронных продуктов и недорогих приложений. CEM-1 является еще одним распространенным недорогим материалом для печатных плат, изготовленным из целлюлозно-бумажной матрицы и эпоксидной смолы. Он недорог и подходит для простых однослойных или двухслойных печатных плат. Высокочастотные применения: PTFE и RF-35 PTFE является широко используемым материалом в высокочастотных приложениях, известным своими превосходными диэлектрическими характеристиками и низкими потерями. Он обеспечивает низкие потери при передаче и хорошую целостность сигнала в высокочастотном диапазоне, что делает его пригодным для беспроводной связи, радаров и спутниковых систем. RF-35 является специализированным высокочастотным материалом, состоящим из полимеров с керамическим наполнителем. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость и низкие диэлектрические потери, подходит для высокоскоростной передачи данных и высокочастотных приложений, таких как радиочастотные антенны и микроволновые схемы. Высокотемпературные применения: материалы с высоким ТГ и керамические подложки. Материалы с высоким ТГ имеют более высокую температуру стеклования (ТГ) и могут сохранять хорошую стабильность характеристик в условиях высоких температур. Эти материалы подходят для высокотемпературных применений, таких как автомобильная электроника, промышленные системы управления и аэрокосмические системы. Керамические подложки — это материалы, известные своей высокой термостойкостью, механической прочностью и отличной теплопроводностью. Они обычно используются в электронных силовых приложениях, таких как силовые модули, усилители мощности и контроллеры электромобилей. Специальные применения: печатные платы с металлическим сердечником и гибкие печатные платы. Печатные платы с металлическим сердечником подразумевают нанесение изолирующего слоя на металлическую подложку и используются для рассеивания тепла и в мощных приложениях. Они обладают отличной теплопроводностью и подходят для мощных схем, таких как светодиодное освещение, силовые модули и драйверы двигателей. Гибкие печатные платы изготавливаются из гибких полиимидных (ПИ) или полиэфирных (ПЭТ) материалов, обеспечивающих гибкость и складность. Они подходят для приложений с компактными размерами, требованиями к изгибу или складыванию, таких как носимые устройства, мобильные устройства и внутренняя электроника автомобилей. В этих тематических исследованиях приводятся примеры распространённых вариантов выбора материалов для печатных плат для различных вариантов применения. Однако важно подчеркнуть, что каждое применение имеет свои специфические требования и ограничения. Поэтому при выборе материалов для печатных плат крайне важно учитывать такие факторы, как требования к применению, эксплуатационные характеристики, стоимость и доступность. Для специализированных применений могут потребоваться дополнительные исследования и испытания для выбора оптимальных материалов для печатных плат. В заключение следует отметить, что производителям печатных плат необходимо учитывать различные факторы при выборе оптимального материала для своих печатных плат. Они должны учитывать требования конкретного применения,Показатели производительности, стоимость и доступность. Соответствие отраслевым стандартам, а также проведение практических испытаний и проверок могут помочь производителям принимать обоснованные решения. Благодаря постоянному технологическому прогрессу и инновациям в области материалов, у производителей печатных плат появится больше вариантов и возможностей для повышения производительности и надежности схем.
Выведите производство печатных плат на новый уровень с помощью SprintPCB . SprintPCB — это ведущее высокотехнологичное предприятие, предоставляющее исключительные услуги по производству печатных плат клиентам по всему миру. Благодаря нашему обширному опыту в отрасли и конкурентоспособным ценам вы сможете сосредоточиться на самых важных аспектах развития вашей организации. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать о возможностях сотрудничества и помочь вам достичь ваших целей.
Здание A19 и C2, район Фуцяо № 3, улица Фухай, район Баоань, Шэньчжэнь, Китай 
+86 0755 2306 7700
Язык
