Alles wat u moet weten over printplaat ontwerp en productie

Trefwoorden: PCB-fabrikant

Printplaten zijn hedendaagse materialen die in elektronische apparaten worden gebruikt omdat ze een manier bieden om de elektronische componenten met elkaar te verbinden. Deze platen hebben metalen sporen en pads, samen met andere vormgevende elementen die worden gemaakt via fotolithografieprocessen van koperfolies die zijn gebonden aan niet-geleidende materialen zoals FR-4 epoxy glasvezel. Printplaten van een PCB-fabrikant zijn nodig in een groot aantal toepassingen, waaronder huishoudelijke apparaten, industriële apparaten en lucht- en ruimtevaartapparaten. De enkelzijdige, de dubbelzijdige en de meerlaagse printplaten voldoen aan specifieke ontwerpparameters en beperkingen van een circuit.

Er zijn andere subtypes van PCB-technologieën geïntroduceerd op de markt om te voldoen aan de complexiteit van het ontwikkelen van geavanceerde en geminiaturiseerde elektronische apparaten, waaronder de flexibele, rigid-flex en de high density interconnect printplaten. In het selectieproces is het fundamenteel welk type printplaat in een bepaalde toepassing moet worden gebruikt, en dit kan worden gedaan met een duidelijker perspectief afhankelijk van de aard en kenmerken van de printplaten.

PCB Hoofdgrondstoffen

De essentiële lagen van een printplaat (PCB) zijn een niet-geleidend basismateriaal, normaal gesproken afgeleid van glasvezel genaamd FR-4, polyimide of PTFE. Vaste koperbanen, verbindingen en andere patronen worden ontwikkeld op het oppervlak van het substraat om de vereiste elektrische paden te maken.

Om elektrische connectiviteit van verschillende delen van de PCB waarop die componenten zijn geplaatst te maken, worden koperbanen gebruikt. Deze banen zijn afhankelijk van de stroomdraagcapaciteit en de gewenste impedantie van het circuit, zodat breedtes en diktes moeten worden bepaald.

Vias zijn de kleine gaatjes door de PCB en gevulde koperlagen waardoor verbinding van lagen van de plaat mogelijk is. Enkele veelvoorkomende typen vias zijn doorlopend, blind en begraven met verschillend gebruik in PCB-ontwerp.

Soldeermaskers, die normaal gesproken een polymeer zijn, worden op het PCB-oppervlak aangebracht om voornamelijk de koperbanen te beschermen tegen oxidatie en vooral tijdens het solderen om kortsluiting te voorkomen. Het helpt ook bij het creëren van elektrische isolatie tussen de dichtstbijzijnde baan en pad die er dichtbij is.

Koperfolie: De koperfolie is verkrijgbaar in verschillende gewichten voor de productie van geleidende banen, pads en vlakken.

Substraatmaterialen: FR-4 is een typisch basismateriaal vanwege zijn goede mechanische en elektrische eigenschappen, echter, polyamide en PTFE worden gebruikt bij hoge frequentie en hoge temperatuur.

Soldeermasker: LPI-soldeermaskers zijn vrij populair vanwege het vermogen om grote dimensionale nauwkeurigheid en aanzienlijke flexibiliteit te bieden.

Zijden scherm: Een laag inkt op de buitenste koperlaag die tekst, logo's en componentreferenties bevat, wat de assemblage van componenten en probleemoplossing vergemakkelijkt.

Oppervlakteafwerkingen: Substraatopties die onder andere hot air solder leveling (HASL) omvatten, evenals chemische plaatmethoden zoals elektroloos nikkel immersiegoud (ENIG) of organische soldeerbaarheidsbescherming (OSP) die het blootgestelde koper bedekken en de soldeerbaarheid verbeteren.

PCB of printplaten zijn tegenwoordig samengesteld uit verschillende materialen, maar het is belangrijk om de eigenschappen van elk te kennen.

FR-4, wat staat voor glasversterkte epoxylaminaat, is populair onder PCB-fabrikanten vanwege zijn elektrische, thermische en mechanische kenmerken, gekenmerkt door een diëlektrische constante van 4,5 bij 1 MHz met een dissipatiefactor van 0,02 en is toepasbaar voor algemeen gebruik. Het heeft een Tg van 130°C tot 180°C; en een thermische geleidbaarheid van 0,3 W/mK.

Polyimide, een hoogwaardige polymeer, wordt gekenmerkt door hittebestendigheid, chemische bestendigheid en mechanische sterkte. Bij 1MHz maken een diëlektrische constante van 3.2 tot 3.6 en een verliesfactor van 0.002 het ideaal voor hoogfrequent gebruik. Polyimide behoort tot de thermohardende kunststoffen en heeft een glasovergangstemperatuur tussen 260 en 400 graden Celsius; het materiaal heeft een warmteafvoervermogen van 0.2 watt per meter Kelvin.

Hier zijn de belangrijkste printplaat ontwerpoverwegingen:

Componentplaatsing: Men moet streven naar de juiste plaatsing van de componenten om emissies te verminderen en tegelijkertijd de signaal- en thermische integriteit te verbeteren, evenals de vervaardigbaarheid van de printplaat. Bij componentplaatsing moet men enkele specifieke maatregelen nemen: grootte, vorm, oriëntatie van componenten en hun nabijheid ten opzichte van storingsfactoren moeten goed worden overwogen en moeten voldoen aan de noodzakelijke voorwaarden voor een goede werking van het systeem.

Signaalintegriteit: Zorg ervoor dat signaalkwaliteit en timing over de gehele printplaat behouden blijven door middel van correcte trace- en routing, impedantie-aanpassing en het minimaliseren van overspraak en EMI. Maatregelen zoals massa-vlakken, geen scherpe bochten en goede afsluiting moeten worden toegepast om signaalvervorming te voorkomen. Gebruik daarom TDR & oogdiagrammen of andere simulatiegereedschappen en analysetechnieken om de prestaties te verbeteren.

Thermisch beheer: Warmtebeheersing werd uitgevoerd om componentfalen door overmatige warmteopbouw in het stroomapparaat te voorkomen. Houd rekening met het stroomverlies van de elektrische component, de omgevingstemperatuur en de methoden voor koeling van het systeem. Gebruik thermische via's, kopergebieden en koellichamen om warmte af te voeren. Gebruik alle thermische simulatiegereedschappen om thermisch beheer te onderzoeken en te verbeteren, met name bij hoog energieverbruik.

Stroomverdeling: Ontwerp een goed PDN zodat componenten van het systeem een ononderbroken aanvoer van schone stroom krijgen. Ontkoppel stroom- en massa-vlakken, vermijd ongebruikte kopergebieden op printplaten en verminder stroomvoorzieningsfluctuaties. Ontkoppelcondensatoren moeten worden gebruikt en via-plaatsing moet worden geoptimaliseerd om de stroomverdeling te verbeteren. Ontwikkel binnen dergelijke grenzen om een aanvaardbare betrouwbaarheid van fabricage tegen aanzienlijk lage kosten te bereiken.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Dat betekent dat iedereen ervoor moet zorgen dat de printplaat geen hoge EMI produceert en hoge EMI van buitenaf weerstaat. Pas maatregelen toe zoals wisselstroom-aarding, afscherming en filtering. EMC-naleving en normen voor wetgeving over EMC, met name in de automotive-, lucht- en ruimtevaart- en medische sector.

Soorten printplaten

Het is even belangrijk om inzicht te hebben in de belangrijkste soorten printplaten zodat een betere keuze kan worden gemaakt in hun gebruik. De drie classificaties van printplaten zijn enkelzijdig, dubbelzijdig en meerlaags, elk met zijn kenmerken, sterke en zwakke punten.

Een enkelzijdige printplaat heeft geleidende banen en componenten aan slechts één zijde van het substraat, waarbij het substraatmateriaal meestal FR-4 is. Deze platen zijn de eenvoudigste en minst dure die beschikbaar zijn voor ontwerpers; aanbevolen voor eenvoudige circuits die men vindt in simpele apparaten en initiële modellen. Enkelzijdige printplaten hebben echter twee nadelen: a) beperkte routingopties, en b) lagere componentdichtheid, wat hun gebruik in meer geavanceerde toepassingen beperkt.

Dubbelzijdige printplaten zijn die met geleidende sporen en componenten op beide zijden van het substraat met gebruik van doorvoergaten. Deze via's zijn eigenlijk geboorde doorvoergaten die op hogere lagen worden geplateerd, wat de stroom van signalen tussen de twee lagen vergemakkelijkt. Elke complexiteit van routing en hoge componentdichtheid is mogelijk in dubbelzijdige printplaten en de toepassingsgebieden variëren van consumentenelektronica, computerapparatuur, industriële besturing en automatisering.

Meerlaagse printplaten zijn circuits met drie of meer geleidende lagen; en printplaten worden gemaakt van geweven of gequilte isolatiematerialen of lagen prepreg. Deze platen bieden het meest ingewikkelde ontwerp en gelaagde componenten, waardoor ze gebruikt kunnen worden in complexe toepassingen zoals hoogwaardige digitale apparaten, RF-elektronica-apparatuur en ruimtevaartgadgets.

Daarom biedt de meerlaagse printplaat van Printplaatfabrikant de mogelijkheid voor complexe routing, betere signaalintegriteit en betere warmteafvoer omdat alle binnenlagen kunnen worden gebruikt als voeding- en aardingsvlakken. Het betekent ook dat meer lagen het gebruik van geavanceerde technieken zoals blinde en begraven via's mogelijk maken, wat op zijn beurt de algehele prestaties van meerlaagse printplaten verhoogt.