Ламинат для печатных плат:подробное руководство

Люди часто считают само собой разумеющимся, насколько сложной может быть структура печатных плат. Поскольку мы используем печатные платы для разных областей применения, для каждой из них требуются определенные материалы. Ламинат – незаменимый материал. Производители используют их для разработки и изготовления печатных плат. Таким образом, необходимо понимать различные ламинаты, доступные вам. В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать о ламинате для печатных плат.

Что такое ламинаты для печатных плат?

Роботизированное устройство, которое разрабатывает миниатюрные печатные платы, удерживающие ламинат

Как правило, печатные платы имеют четыре слоя:шелкография, паяльная маска, медь и подложка (сверху вниз). Следовательно, эти слои должны быть связаны друг с другом, чтобы создать функциональную структуру печатной платы. Таким образом, цель ламината печатной платы — скрепить слои печатной платы вместе.

Ламинаты часто представляют собой плакированные медью материалы, которые обычно состоят из листов смолы. Смола, которую производители используют для изготовления ламинатов, обычно имеет эпоксидную основу. Однако он может состоять из других тканей. Тем не менее, производитель сначала отверждает листы с помощью термореактивной смолы для создания ламината. Затем мы сжимаем эти листы смолы вместе, накладывая два листа медной фольги на каждую плоскую сторону коллекции.

Наконец, производитель применяет тепло и силу до тех пор, пока листы не соединятся вместе. После затвердевания ламинат напоминает пластик или твердый стеклоподобный материал.

В чем разница между ламинатом и препрегом?

Завод по производству препрегов из углеродного волокна
Источник:Flickr (CC — универсальный)

Препреги обычно представляют собой листы армированного стекловолокна. Производители препрегов разрабатывают их путем нанесения или предварительной пропитки этих листов стекловолокна с использованием отвердителей, таких как эпоксидная смола. Соответственно, это сильно отличается от процесса разработки ламинатов. Ламинаты часто состоят из листов препрега. Препреги – это только что отвержденные и пропитанные ткани. Напротив, ламинаты представляют собой прессованные и нагретые листы материала.

Типы ламинатов для печатных плат

Коллекция печатных плат

Как упоминалось ранее, мы используем разные печатные платы для разных приложений. Например, производители компонентов устройств могут использовать гибкие печатные платы в компактных устройствах. Наиболее распространенные типы ламинатов для печатных плат:

FR-4 (FR4)

Плата Fr-4 с медным покрытием

FR-4 относится к ламинатам на основе эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Это огнестойкий материал. Отсюда и название FR-4 (FR =антипирен). Тем не менее, FR-4 является наиболее популярным материалом для подложек печатных плат. Это связано с его высокой механической и электрической прочностью. Кроме того, он отличается высоким тепловыделением, когда производители применяют добавки. Кроме того, эти добавки могут повысить стабильность, надежность и мощность материала.

Тем не менее, FR-4 может работать со схемами с большим числом уровней из-за его постоянства. Таким образом, он подходит для изготовления высокочастотных печатных плат.

Полиимид

Гибкая печатная плата с полиимидным материалом
Источник:Викисклад.

Производители ценят полиимидные ламинаты за присущую им высокую тепловую эффективность. Кроме того, они, как правило, более надежны, чем материалы FR-4. Этот факт в основном связан с их низким тепловым расширением. Следовательно, производители устройств внедряют их в электронику, которую люди используют в суровых условиях. Кроме того, это делает их очень подходящими для конструкций печатных плат, требующих нескольких слоев. Однако производители используют этот материал для изготовления гибких печатных плат.

Тефлон

Производители обычно используют тефлоновые ламинаты для разработки высокоскоростных печатных плат. Кстати, это из-за их блестящих электрических свойств. Как и в случае с FR-4, производители могут добавлять к тефлону добавки для увеличения механических нагрузок.

Тефлон – один из самых дорогих материалов для ламината. Таким образом, это один из наименее популярных материалов в производстве печатных плат. Кроме того, для производства ламинатов на основе тефлона требуются навыки, высокий опыт и специальное оборудование.

Эпоксидная смола с высокой Tg

Эпоксидная смола с высокой Tg представляет собой многослойный материал с высокой температурой стеклования (температура стеклования). Благодаря этому свойству он отличается отличной термостойкостью. Следовательно, он очень подходит для использования в промышленных приложениях и машинах. Кроме того, эпоксидная смола с высокой Tg обладает превосходной химической и влагостойкостью. Производители обычно используют его при создании многослойных печатных плат.

BT-эпоксидная смола

BT-Epoxy представляет собой комбинацию бисмалеимид-триазина и эпоксидной смолы. Производители ценят его за способность сохранять свою структуру при экстремальных температурах. Обладает отличными электрическими и механическими свойствами. Поэтому он очень подходит для военных и промышленных применений. Тем не менее, бессвинцовые и многослойные печатные платы являются наиболее распространенными печатными платами, в которых используются ламинаты BT-Epoxy.

Другие материалы

Материал из стекловолокна

Перечисленные выше материалы — не единственные, которые производители используют для производства ламината. Например, мы используем ламинаты с медным покрытием для высокочастотных печатных плат. Кроме того, мы можем использовать керамические ткани, сложные эфиры цианата и другие комбинации смол и химических веществ.

Тем не менее, эти материалы, возможно, не заслуживают упоминания, потому что производители не используют их так часто, как другие материалы в этом руководстве. Кроме того, они также могут быть более дорогими и трудными для манипулирования.

Свойства ламинатов

При выборе подходящего материала и ламината для вашей печатной платы учитывайте несколько характеристик. Эти свойства могут быть тепловыми, механическими или электрическими. В этом разделе мы рассмотрим эти свойства.

Тепловые свойства

Плата получила ожоги от короткого замыкания

• Температуры стеклования (Tg) :ламинаты теряют свою структурную целостность при достижении определенного диапазона температур. Таким образом, мы используем температуру стеклования, чтобы определить, когда ламинат размягчается и затвердевает.
• Температура разложения (Td): Описывает температурную точку, при которой ламинат начинает необратимо повреждаться (расплавляться). Таким образом, важно использовать ламинаты печатных плат, рабочие температуры которых ниже пределов разложения.
• Коэффициент теплового расширения (КТР): Описывает скорость расширения ламината. Если мы нагреем ламинат, превышающий порог КТР, он начнет расширяться. Поэтому важно учитывать коэффициент теплового расширения при интеграции печатной платы в устройство.
• Теплопроводность (k): Свойство, которое описывает способность ламината передавать или проводить тепло. Он представлен Кельвинами.

Электрические свойства

Макрофотография печатной платы

• Диэлектрическая проницаемость ( ϵr ) :Опишите электрическую и относительную проницаемость ламината. По сути, она может варьироваться от 3,5 до 5,5 евро.
• Тангенс диэлектрических потерь (tan δ): Представляет измеримую диффузию электрической энергии в ламинате. Обычно ламинаты печатных плат имеют тангенс δ от 0,02 до 0,0001.
• Удельное электрическое/объемное сопротивление (ρ): Отражает способность ламината сопротивляться электрическому току. Как правило, ламинаты имеют удельное электрическое сопротивление от 103 до 1010 Ом⋅м (мегаом).
• Удельное поверхностное сопротивление (ρS): Обозначает внешнее удельное сопротивление ламината. Влага и температура могут повлиять на это.
• Электрическая прочность: Представляет способность ламината сопротивляться электрическому пробою. Кстати, люди также называют это диэлектрической прочностью. Мы используем вольты на метр, чтобы представить это.

Химические свойства

Печатные платы погружены в воду с мылом.

• Воспламеняемость: Свойство, отражающее способность ламината сопротивляться воспламенению. Хотя большинство ламинатов, как правило, легко воспламеняются, они все же могут пострадать от внешнего огня. Таким образом, это свойство указывает, как долго ламинат будет гореть в огне.
• Влагопоглощение: Показывает, какой атмосферной влажности может противостоять ламинат. Особенно, когда мы погружаем ламинат в воду. Тем не менее, это значение влияет на тепловые и диэлектрические свойства ламината.
• Стойкость к метиленхлориду: Обозначает химическую стойкость ламината. Конкретно к дихлорметану (или хлористому метилену).

Механические свойства

Автоматизированное производство модуля оперативной памяти с использованием миниатюрной печатной платы

• Прочность на отрыв: Относится к прочности связи, соединяющей различные слои ламината.
• Прочность на изгиб: Описывает способность ламината сопротивляться физическим нагрузкам. По сути, это прочность на растяжение. По сути, это свойство указывает, насколько сильно вы можете надавить и согнуть ламинат, прежде чем он окончательно сломается.
• Плотность: Относится к массе или толщине ламината.
• Время расслоения: Обозначает время, в течение которого ламинат может выдерживать температуру выше пороговой, прежде чем он начнет разрушаться.

Как выбрать материал для ламинирования печатных плат

Станок, сверлящий отверстия в печатной плате

Когда вы выбираете материал для ламината электрооборудования/печатной платы, помимо технических характеристик или свойств необходимо учитывать еще несколько моментов. Другие аспекты, которые вы должны рассмотреть, включают:

Стоимость

При выборе ламината для печатных плат в первую очередь всегда следует рассматривать стоимость. Хотя может показаться разумным использовать самые дорогие материалы, это может быть не идеально для крупных производств. Опять же, FR-4 является самым популярным материалом для ламинирования печатных плат. Таким образом, это наименее затратное приобретение. Обладает высокой надежностью и подходит для однослойных и многослойных печатных плат. Хотя вы можете найти и интегрировать в свои проекты более дорогие материалы (например, золото), вам следует рассмотреть более прагматичный подход. Мы рекомендуем покупать ткань, которая делает все, что вам нужно, и экономит ваши деньги.

Качество

Коллекция зеленых макетных плат

Качество немного пересекается со стоимостью. Качественные материалы, как правило, стоят дороже. Тем не менее, вы все еще можете найти баланс между этими двумя аспектами. Таким образом, вы должны закупать материалы у оптовика или производителя с репутацией продавца высококачественных тканей по разумной цене.

Производитель печатных плат

Автоматизированная пайка печатной платы утюгом

При выборе материалов для ваших ламинатов, которые в конечном итоге станут вашей печатной платой, лучше всего сотрудничать с известным производителем печатных плат. Этот производитель должен иметь большой опыт работы с материалами, которые вы планируете интегрировать в свой ламинат. Производитель должен быть знаком с различными стилями стекловолокна и ткани.

Кроме того, они должны быть в состоянии проверить ваши конструкции печатных плат и выбор материалов. Мы обеспечиваем вас нашими современно оборудованными заводами от прототипирования до массового производства. Свяжитесь с Wellpcb.com, чтобы узнать обо всех ваших потребностях в производстве печатных плат.

Обзор

Печатная плата рядом с защитным материалом

До появления печатных плат производителям электронных устройств приходилось полагаться на конструкции «точка-точка» и конструкции с обмоткой проводов. Можно с уверенностью сказать, что современные печатные платы делают возможной современную электронику. Эффективность печатных плат сильно зависит от материала, из которого они изготовлены. Как подчеркивается в приведенном выше руководстве, именно поэтому ламинаты и ламинатные материалы так важны. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.