La importància de la selecció de substrats de PCB en el disseny electrònic de productes

  Moltes característiques del PCB estan determinades pel substrat. La selecció incorrecta del substrat no només afectarà algunes propietats dels productes. Com ara la resistència a la calor, la temperatura de funcionament del producte, la resistència d'aïllament, la pèrdua dielèctrica, etc. Fins i tot pot afectar el cost del procés de fabricació. Per tant, comprendre les característiques del substrat de PCB, seleccionar el substrat i seleccionar el substrat de manera raonable és un dels continguts importants del disseny de PCB.

  Tanmateix, molts dissenyadors de PCB estan especialitzats en disseny de circuits. Alguns dissenyadors de PCB creuen que la selecció del substrat és una qüestió del procés de fabricació de PCB, ignorant el punt important que les especificacions de disseny s'han de seleccionar segons l'entorn del procés de muntatge del producte. Com a resultat, els productes dissenyats no poden complir els requisits del procés de producció en massa. El personal del procés de la fàbrica de vegades no té un coneixement suficient dels materials de PCB, el que resulta en una selecció incorrecta dels processos de soldadura corresponents en producció, cosa que provoca el desballestament de grans quantitats de productes o problemes importants de qualitat de soldadura.

  Aquest article analitza breument les característiques del substrat PCB utilitzat en la indústria general de productes electrònics civils i la seva aplicabilitat a diferents processos de producció citant els problemes trobats en projectes de disseny reals.

  Gràcies a una millor comprensió del procés de producció, sabem que, com que aquesta placa és un únic panell i té els requisits de muntatge de connectors i dispositius de muntatge superficial, la fàbrica ha implementat el procés d'utilitzar primer la soldadura per reflux per soldar dispositius de muntatge superficial i després utilitzant la soldadura per ona. La temperatura establerta de soldadura per reflux és necessària per complir els requisits del procés de soldadura sense plom, i la temperatura mitjana màxima de soldadura és de fins a 239 ℃. La configuració del seu procés tecnològic compleix plenament l'estàndard tecnològic de la soldadura sense plom, però ignora el factor més important, que és el problema del material PCB. A través d'una revisió acurada dels documents de disseny de PCB, vam saber que els dissenyadors van triar el material FR-1 amb un cost relatiu, tenint en compte que el rendiment elèctric que ha de complir aquesta placa de circuit és relativament senzill al principi del disseny. I FR1. No és capaç de suportar l'alta temperatura de 217 ℃ i superior a la zona de refluig del procés de soldadura de refluig sense plom durant 60 a 80 segons. A més, el material en si és fàcil d'absorbir la humitat, de manera que es produeix el fenomen de crispetes. Després de determinar la causa del problema, Zhoumen va ajustar el procés de producció a: dispensació d'un sol costat, curat, soldadura per ones per completar la soldadura de tots els dispositius, on el curat de la cola vermella s'aconsegueix mitjançant el procés de 120 graus i 120 segons. El fenomen de les crispetes no es va tornar a produir després de la producció de prova

En general, la làmina FR4 és un material àmpliament utilitzat en la majoria de productes electrònics de consum, i també és coneguda per la majoria de dissenyadors i tècnics de fàbrica. A continuació, presentarem els tipus, les propietats i els processos aplicables dels substrats de plaques de circuits que Zhoumen troba habitualment, un per un.

  Hi ha molts tipus de substrats utilitzats per a PCB, i el CCL (laminat revestit de coure) és el material principal per a la fabricació de PCB. Segons els tipus de materials de reforç utilitzats, es divideix principalment en quatre categories: a base de paper, a base de tela de fibra de vidre, a base de compostos i a base de metall. En els nostres productes electrònics diaris, s'utilitzen més habitualment a base de paper i tela de vidre.

  El substrat de paper és una mena de laminat revestit de coure reforçat amb paper de fibra impregnat amb resina fenòlica o epoxi. En CCL basat en paper, els graus comuns són XPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, etc.

  A causa de la soltura del paper, només pot perforar forats, no perforar forats en el processament. A més, té una alta absorció d'aigua, de manera que el substrat de paper general només és adequat per fer un sol panell. A causa del gran coeficient d'expansió tèrmica en la direcció z del substrat basat en paper, el canvi de temperatura provocarà la fractura de forats metal·litzats i juntes de soldadura. En general, no es recomana utilitzar forats de pas metal·litzats en seleccionar aquest material base per al disseny

  En general, els principals desavantatges dels materials basats en paper són la seva poca resistència física, poca resistència a l'impacte, poca estabilitat dimensional dels materials, propietats dielèctriques inestables i danys fàcils. Els seus avantatges són la seva mecanització de punxonat, el seu baix cost i el rendiment elèctric pot complir els requisits de disseny dels productes electrònics generals no exigents. Entre ells, la processabilitat de perforació fa que l'economia de processament dels productes a base de paper produïts en lots sigui més destacada

  Pel que fa a la resistència a la calor, la resistència a la calor de totes les superfícies soldades per immersió del material de base de paper amb un gruix superior a 1.6 μ m ha de complir el requisit del procés de no anormalitat durant 5 segons a 260 ℃ i la resistència a la calor de l'aire ha de complir la prova. condició de sense delaminació de bombolles a 120 ℃ durant 30 minuts. A partir de les característiques anteriors, aquests substrats generalment poden complir les condicions de soldadura de soldadura per ona, dispensació i curat. A causa de l'alta temperatura i la durada de la soldadura per reflux sense plom, aquests substrats generalment no són adequats per a la soldadura per reflux.

El CCL basat en tela de vidre és un laminat revestit de coure reforçat amb tela de fibra de vidre impregnada de resina. Els graus estàndard comuns són G10, G11, FR4 i FR5. El tauler de fibra de vidre epoxi FR4 estàndard (epoxi FR4/fibra de vidre E) s'ha utilitzat durant molts anys i ha demostrat ser el material més reeixit àmpliament utilitzat en la indústria de plaques de circuits. Per a alguns productes en el camp de l'alta freqüència, quan la tela de fibra de vidre epoxi FR4 ordinària ja no pot complir els requisits de rendiment del producte, s'han desenvolupat i aplicat resines epoxi multifuncionals d'alta temperatura i tela de vidre de poliftalimida. Altres materials de resina inclouen la resina de triazina modificada amb bismaleimida (BT), la resina d'èter difenilè (PPO), la resina d'estirè imina d'anhídrid maleic (MS) i la resina de policianat. Pel que fa als materials de reforç com la resina de poliolefina, els materials que compleixen un alt rendiment inclouen la fibra de vidre S, la fibra de vidre D, etc.

  Per a productes electrònics generals sense requisits especials, es poden utilitzar materials FR4 amb una temperatura de transició vítrea de 130 a 140. La constant dielèctrica està generalment entre 4.5 i 5.4. Per a substrats rígids, com més petit sigui el contingut de resina, més gran serà la constant dielèctrica

Per complir amb els requisits d'alta resistència a la calor de la placa de circuit, cal seleccionar el material de resina epoxi de 170 a 180 ℃. Aquest tipus de material base té una millor estabilitat dimensional, de manera que s'utilitza principalment en BGA, TAB i el disseny que requereix múltiples soldadures a alta temperatura en el muntatge, com ara el muntatge de superfície a doble cara.

En general, la làmina rígida de fibra de vidre epoxi FR4 té una alta resistència mecànica, una excel·lent processabilitat i una excel·lent perforació, a més de la seva bona estabilitat dimensional, baixa absorció d'aigua i bona resistència a la flama, cosa que la converteix en el substrat de PCB més utilitzat. Aquest material té una alta relació qualitat-preu. Com que s'ha utilitzat durant molt de temps a la indústria, el seu procés de processament s'ha considerat com el procés estàndard a la indústria de les plaques de circuits.

  Pel que fa a la resistència a la calor, la seva resistència a la soldadura per immersió de 260 ° es manté en més de 120 segons, i aquest tipus de material base generalment pot complir els requisits del procés de soldadura per reflujo, soldadura per refluig de doble cara, soldadura per ones i curat d'adhesius.

  En resum, els diferents substrats tenen propietats i paràmetres diferents i s'adapten a diferents entorns de procés. A més de complir el rendiment elèctric, els dissenyadors també han d'adoptar diferents especificacions de disseny segons el procés de processament i muntatge de PCB per adaptar-se als diferents requisits de producció i muntatge de PCB. Al mateix temps, el personal de procés encarregat del muntatge també ha d'entendre completament els requisits de rendiment i muntatge dels materials de PCB quan es formula documents de procés, per tal de garantir la producció de productes qualificats que compleixin els requisits de rendiment del disseny i els requisits de qualitat.