Važnost odabira PCB podloge u dizajnu elektroničkih proizvoda

  Mnoge karakteristike PCB-a su određene supstratom. Nepravilan odabir podloge neće uticati samo na neka svojstva proizvoda. Kao što su otpornost na toplotu, radna temperatura proizvoda, otpornost izolacije, dielektrični gubici, itd. To čak može uticati na cenu proizvodnog procesa. Stoga je razumijevanje karakteristika PCB supstrata, odabir podloge i razuman odabir supstrata jedan od važnih sadržaja dizajna PCB-a.

  Međutim, mnogi dizajneri PCB-a specijalizirani su za dizajn kola. Neki dizajneri PCB-a vjeruju da je odabir podloge stvar procesa proizvodnje PCB-a, zanemarujući važnu tačku da specifikacije dizajna trebaju biti odabrane u skladu sa okruženjem procesa sklapanja proizvoda. Kao rezultat toga, dizajnirani proizvodi ne mogu zadovoljiti procesne zahtjeve masovne proizvodnje. Procesno osoblje u fabrici ponekad nema dovoljno znanja o PCB materijalima, što dovodi do nepravilnog odabira odgovarajućih procesa zavarivanja u proizvodnji, što dovodi do raspadanja velikih količina proizvoda ili važnih problema sa kvalitetom zavarivanja.

  Ovaj rad ukratko analizira karakteristike PCB supstrata koji se koriste u općoj civilnoj industriji elektroničkih proizvoda i njegovu primjenjivost na različite proizvodne procese navodeći probleme sa kojima se susreću u stvarnim projektima.

  Kroz daljnje razumijevanje proizvodnog procesa, znamo da, budući da je ova ploča jedna ploča i ima zahtjeve za montažu utikača i uređaja za površinsku montažu, tvornica je implementirala proces prve upotrebe reflow lemljenja za zavarivanje uređaja za površinsku montažu, i zatim pomoću talasnog lemljenja. Zadata temperatura povratnog lemljenja je potrebna kako bi se zadovoljili procesni zahtjevi za lemljenje bez olova, a maksimalna prosječna temperatura zavarivanja je čak 239 ℃. Postavka njegovog tehnološkog procesa u potpunosti zadovoljava tehnološki standard bezolovnog lemljenja, ali zanemaruje najvažniji faktor, a to je problem PCB materijala. Pažljivim pregledom projektne dokumentacije PCB-a saznali smo da su dizajneri odabrali FR-1 materijal uz relativnu cijenu, s obzirom na to da su električne performanse koje ova ploča mora zadovoljiti relativno jednostavne na početku dizajna. I FR1. Nije u stanju da izdrži visoku temperaturu od 217 ℃ i više u zoni reflow procesa bezolovnog lemljenja u trajanju od 60 do 80 sekundi. Osim toga, sam materijal lako upija vlagu, pa se javlja i fenomen kokica. Nakon što je utvrdio uzrok problema, Zhoumen je prilagodio proizvodni proces na: jednostrano doziranje, očvršćavanje, lemljenje valovima kako bi se završilo zavarivanje svih uređaja, pri čemu se crveno očvršćavanje ljepila postiže procesom od 120 stepeni i 120 sekundi. Fenomen kokica se nije ponovio nakon probne proizvodnje

  Općenito govoreći, FR4 list je materijal koji se široko koristi u većini potrošačkih elektroničkih proizvoda, a poznat je i većini dizajnera i tvorničkih tehničara. Zatim ćemo predstaviti tipove, svojstva i primjenjive procese supstrata ploča sa kojima se Zhoumen obično susreće jedan po jedan.

  Postoje mnoge vrste podloga koje se koriste za PCB, a CCL (bakreni laminat) je glavni materijal za proizvodnju PCB-a. Prema vrsti korištenih materijala za ojačanje, uglavnom se dijeli u četiri kategorije: na bazi papira, na bazi staklenih vlakana, na bazi kompozita i na bazi metala. U našim svakodnevnim elektronskim proizvodima najčešće se koriste papirna i staklena tkanina.

  Papirna podloga je vrsta bakrenog laminata ojačanog vlaknastim papirom impregniranim fenolnom ili epoksidnom smolom. U papirnom CCL-u, uobičajene ocjene su XPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, itd.

  Zbog labavosti papira, može samo bušiti rupe, a ne bušiti rupe u obradi. Osim toga, ima visoku apsorpciju vode, tako da je opća papirna podloga pogodna samo za izradu pojedinačnih ploča. Zbog velikog koeficijenta toplinskog širenja u smjeru z papirne podloge, promjena temperature će dovesti do loma metaliziranih rupa i lemnih spojeva. Općenito se ne preporučuje korištenje metaliziranog prolaznog otvora pri odabiru takvog osnovnog materijala za dizajn

  Općenito, glavni nedostaci materijala na bazi papira su njihova slaba fizička čvrstoća, slaba otpornost na udar, loša dimenzijska stabilnost materijala, nestabilna dielektrična svojstva i lako oštećenje. Njegove prednosti su njegova obradivost probijanjem, niska cijena, a električne performanse mogu zadovoljiti zahtjeve dizajna općih nezahtjevnih elektronskih proizvoda. Među njima, obradivost štancanjem čini ekonomičnost obrade proizvoda na bazi papira proizvedenih u serijama istaknutijom

  Što se tiče otpornosti na toplinu, otpornost na toplinu svih zavarenih površina papirnog osnovnog materijala debljine više od 1.6 μm mora ispunjavati zahtjeve procesa bez abnormalnosti u trajanju od 5 s na 260 ℃, a otpornost na toplinu u zraku mora zadovoljiti test stanje bez delaminacije mehurića na 120 ℃ tokom 30 minuta. Na osnovu gore navedenih karakteristika, takve podloge generalno mogu zadovoljiti uslove zavarivanja talasnog lemljenja, doziranja i očvršćavanja. Zbog visoke temperature i trajanja reflow lemljenja bez olova, takve podloge općenito nisu prikladne za reflow lemljenje

  CCL na bazi staklene tkanine je laminat obložen bakrom ojačan smolom impregnisanom tkaninom od staklenih vlakana. Uobičajene standardne klase su G10, G11, FR4 i FR5. Standard FR4 epoksidna staklena vlakna (FR4 epoksi/E staklena vlakna) se koristi dugi niz godina i pokazao se najuspješnijim materijalom koji se široko koristi u industriji ploča. Za neke proizvode u visokofrekventnom polju, kada obična FR4 tkanina od epoksidnih staklenih vlakana više ne može zadovoljiti zahtjeve za performanse proizvoda, razvijena je i primijenjena multifunkcionalna visokotemperaturna epoksidna smola i poliftalimidna staklena tkanina. Ostali materijali smole uključuju bismaleimid modificiranu triazin smolu (BT), difenilen eter smolu (PPO), maleinsku anhidrid imin stiren smolu (MS), policianat smolu Što se tiče materijala za pojačanje kao što je poliolefinska smola, materijali koji zadovoljavaju visoke performanse uključuju S staklena vlakna, D staklenih vlakana itd

  Za opšte elektronske proizvode bez posebnih zahteva mogu se koristiti FR4 materijali sa temperaturom prelaska stakla od 130 do 140. Dielektrična konstanta je općenito između 4.5 i 5.4. Za krute podloge, što je manji sadržaj smole, to je veća dielektrična konstanta

Da bi se ispunili zahtjevi za visoku otpornost na toplinu ploče, potrebno je odabrati materijal od epoksidne smole od 170 do 180 ℃. Ova vrsta osnovnog materijala ima bolju dimenzijsku stabilnost, pa se uglavnom koristi u BGA, TAB i dizajnu koji zahtijeva višestruko visokotemperaturno zavarivanje u montaži, kao što je dvostrana površinska montaža

  Općenito, krut FR4 epoksidni list od fiberglasa ima visoku mehaničku čvrstoću, odličnu obradivost i odličnu sposobnost bušenja, plus dobru stabilnost dimenzija, nisku apsorpciju vode i dobru otpornost na vatru, što ga čini najraširenijim PCB supstratom. Ovaj materijal ima visok odnos troškova i performansi. Budući da se dugo vremena koristio u industriji, njegov proces obrade se smatra standardnim procesom u industriji ploča.

  Što se tiče otpornosti na toplinu, njegova otpornost na zavarivanje uronjanjem od 260 ° održava se na više od 120 sekundi, a ova vrsta osnovnog materijala općenito može zadovoljiti zahtjeve procesa zavarivanja povratnim strujanjem, dvostranog zavarivanja povratnim strujanjem, valovitog lemljenja i očvršćavanja ljepila.

  Ukratko, različite podloge imaju različita svojstva i parametre i prilagođavaju se različitim procesnim okruženjima. Osim ispunjavanja električnih performansi, dizajneri također moraju usvojiti različite specifikacije dizajna prema procesu obrade i montaže PCB-a kako bi se prilagodili različitim zahtjevima u proizvodnji i montaži PCB-a. U isto vrijeme, procesno osoblje zaduženo za montažu također treba u potpunosti razumjeti performanse i zahtjeve za montažu PCB materijala kada formuliše procesne dokumente, kako bi se osigurala proizvodnja kvalificiranih proizvoda koji ispunjavaju zahtjeve za performanse dizajna i zahtjeve kvaliteta.