Hvilke materialer anvendes i fremstillingen af printkort?

Printkort fremstilles ved hjælp af en kombination af dielektriske underlag, kobberfolier, prepregs, loddemasker og overfladebehandlinger. Valget af materialer har direkte indflydelse på den elektriske ydeevne, den termiske stabilitet, den mekaniske styrke og pålideligheden på lang sigt.

Selvom FR4 fortsat er det mest udbredte substrat, kræver mange anvendelser specialmaterialer for at opfylde krav til højere frekvens, temperatur eller varmeledningsevne. En forståelse af de enkelte materialers rolle hjælper ingeniører med at vælge den mest velegnede lagopbygning til et specifikt design.

Materialer til printplader

Substratet udgør kortets strukturelle fundament. Det yder mekanisk støtte og sikrer elektrisk isolering mellem de ledende lag.

Der anvendes almindeligvis flere forskellige substratsystemer i fremstillingen af printkort.

FR4

FR4 er det materiale, der er standard i branchen til de fleste former for kommerciel og industriel elektronik. Det består af vævet glasfiber blandet med epoxyharpiks og har gode elektriske egenskaber samt en god pris/ydelsesforhold.

Typiske anvendelser omfatter:

• Forbrugerelektronik
• Industrielle kontroller
• Kommunikationsudstyr
• Moduler til bilindustrien

Når det gælder standard flerlagsprintplader, giver FR4 en god balance mellem ydeevne og produktionsomkostninger.

FR4 med højt TG

Materialer med høj glasovergangstemperatur (TG) foretrækkes, når printplader udsættes for høje temperaturer eller flere blyfri lodningscyklusser.

Laminater med højt TG-indhold anvendes ofte i:

• Elektronik til biler
• Strømforsyninger
• Servere
• Industrielle kontrolsystemer

Sammenlignet med standard FR4 udviser materialer med høj TG bedre dimensionsstabilitet og fugtbestandighed.

Højfrekvente materialer

Anvendelser inden for RF og mikrobølger kræver ofte materialer med lav variation i den dielektriske konstant og lav dissipationsfaktor.

Typiske eksempler er blandt andet:

• Rogers-laminater
• PTFE-baserede materialer
• Taconic-materialer
• Panasonic Megtron-serien

Disse materialer anvendes i vid udstrækning inden for:

• Radarsystemer
• 5G-kommunikationsudstyr
• Satellitelektronik
• Produkter til højhastighedsnetværk

Polyimidmaterialer

Polyimidmaterialer har fremragende varmebestandighed og fleksibilitet. De anvendes ofte i fleksible og stiv-fleksible kredsløb.

Typiske brancher omfatter:

• Aerospaceapsulationsprocesser og møder
• Medicinsk elektronik
• Bærbare enheder
• Militære systemer

Polyimid-printplader kan modstå barske miljøer, hvor konventionelle FR4-printplader muligvis ikke er egnede.

Materialer til metalkerner

Printkort med metalkerne anvender aluminiums- eller kobberunderlag for at forbedre varmeafledningen.

De bruges ofte til:

• LED-belysning
• Strømomformere
• Bilbelysning
• Anvendelser med høj strømstyrke

Printkort med aluminiumskerne er stadig den mest udbredte løsning på grund af den gode balance mellem termisk ydeevne og produktionsomkostninger.

Kobberfolie

Kobberfolie udgør de ledende baner, der transporterer elektriske signaler og strøm rundt på printkortet.

Blandt de mest almindelige kobbervægte kan nævnes:

Tykkere kobber forbedrer strømføringsevnen, men påvirker også afstanden mellem sporene og ætsningstolerancerne.

Tunge kobberkonstruktioner anvendes ofte inden for effektelektronik og industrielt udstyr.

Kerne- og prepreg-materialer

Flerlags printkort fremstilles ved hjælp af kerner og prepregs.

Kernemateriale

En kerne består af hærdet laminat med kobberfolie på begge sider. Den sikrer stivhed og bestemmer lagtykkelsen.

Prepreg

Prepreg består af delvist hærdet harpiks, der er forstærket med glasfiberdug. Under lamineringen bindes flere lag sammen ved hjælp af varme og tryk.

Kombinationen af kerne og prepreg bestemmer:

• Pladens tykkelse
• Impedans-kontrol
• Mekanisk stabilitet
• Lagafstand

Det er afgørende at vælge det rigtige materiale til højhastighedskonstruktioner og impedansstyrede strukturer.

Loddemaske

Loddemasken beskytter kobberbanerne mod oxidation og forhindrer loddebroer under samlingen.

Grøn er stadig den mest almindelige farve, selvom sort, hvid, blå og rød også findes i stort udvalg.

Ud over det æstetiske udseende forbedrer loddemasker:

• Overfladeisolering
• Modstandsdygtighed over for fugt
• Kemisk modstandsdygtighed
• Pålidelighed under samlingen

Materialer til overfladebehandling

Overfladebehandlinger beskytter de udsatte kobberflader og sikrer loddebarheden.

Blandt de mest almindelige overfladebehandlinger er:

ENIG

Kemisk nikkelbelægning med gulddypning giver fremragende planhed og korrosionsbestandighed, hvilket gør den velegnet til komponenter med tæt pin-afstand og BGA-pakker.

HASL

Varmluftslodning er fortsat en omkostningseffektiv løsning til konventionelle samlinger.

Neddykning af tin

Tinbelægning giver god loddeevne og anvendes ofte i kommunikations- og industriprodukter.

OSP

Organisk loddebarhedsbevarende middel vælges ofte til forbrugerelektronik, der produceres i store mængder, på grund af dets lave pris.

Valget af materiale afhænger af anvendelsen

Forskellige anvendelsesområder stiller forskellige krav til printpladematerialer.

Ved valg af materiale bør man tage højde for flere faktorer på én gang:

• Driftsfrekvens
• Termiske krav
• Mekanisk belastning
• Samleproces
• Omkostningsmål
• Langsigtet pålidelighed

Ved at vælge den rette kombination af substrat, kobberfolie, prepreg, loddemaske og overfladebehandling sikres en stabil ydeevne gennem hele produktets levetid.

OFTE STILLEDE SPØRGSMÅL