Trykte kredsløbskort (PCB'er) udgør det centrale skelet i elektroniske produkter og bærer ikke kun komponenter, men bestemmer også enhedens ydeevne og pålidelighed. Denne artikel dykker ned i nøgleelementer som PCB-designprincipper, materialevalg og kvalitetskontrol.
Hvad er et printkort?
Printkort skaber elektriske forbindelser via kobberfoliespor på et isolerende underlag, hvilket erstatter komplekse ledninger og muliggør signaloverførsel og strømfordeling mellem komponenter. PCB'er er kendt som "de elektroniske produkters moder" og har udviklet sig fra tidlige enkeltlagsstrukturer til komplekse former som Sammenkobling med høj densitet (HDI) og Fleksible kredsløbog understøtter krav fra forbrugerelektronik til rumfart.
Udvikling af nøgletal
| Æra | Mainstream-lag | Præcision i linjebredde | Udvikling af materialer |
|---|
| 1950s | Enkeltsidet | >1mm | Papirbaseret CCL |
| 1980s | 2-4 lag | 0,2-0,5 mm | FR-4 standardisering |
| 2000s | 6-8 lag | 0,1 mm | Højfrekvente materialer |
| Til stede | 10-20+ lag | <0,05 mm | Stiv-fleksibel kombination |
PCB's kernefunktioner
- Elektrisk sammenkobling - Muliggør komplet signaloverførsel gennem præcis routing; højfrekvente kredsløb kræver kontrolleret karakteristisk impedans.
- Mekanisk støtte - Giver en stabil monteringsoverflade til pakker som BGA, QFN.
- Termisk styring - Afleder varme gennem termiske vias, metalkernesubstrater (f.eks. LED-belysningskort).
- Elektromagnetisk kompatibilitet - Reducerer signaloverhøring ved hjælp af planlægning af flere lag med strøm/jord-lag.
Et eksempel fra den virkelige verden: Smartphone-bundkort bruger HDI i alle lag teknologi, der opnår 0,3 mm pitch BGA-routing i en 10-lags stak og samtidig integrerer antenne-RF-kredsløb.
Komplet oversigt over PCB-klassificering
Klassificering efter antal lag
- Enkeltsidet - Laveste pris, velegnet til enkle kredsløb (f.eks. strømforsyningsmoduler)
- Dobbeltsidet - Optimal omkostningseffektivitet, sammenkoblinger via vias
- Flere lag - 4-30+ lag, understøtter komplekse IC-sammenkoblinger (f.eks. server-bundkort)
Klassificering efter substrat
| Type | Karakteristika | Anvendelsesscenarier |
|---|
| Stiv printplade | Dimensionsstabilitet, høj styrke | Computere, industrielle styringer |
| Fleksibelt printkort | Bøjelig, modstandsdygtig over for træthed | Bærbare enheder, kameramoduler |
| Stiv-flex | Balancerer stabilitet og 3D-routing | Medicinsk udstyr, rumfart |
Guide til valg af PCB-materiale
Sammenligning af almindelige substrater
FR-4 Epoxy-glasstof
├── Fordele: Lave omkostninger (¥80-200/㎡), moden forarbejdning
├── Begrænsninger: Højt højfrekvenstab, moderat varmebestandighed
└── Anvendelser: Forbrugerelektronik, el-udstyr
Rogers højfrekvente serie
├── Fordele: Stabil dielektrisk konstant, lav tabstangent
├── Begrænsninger: Høje omkostninger (5-8x FR-4)
└── Anvendelser: 5G-basestationer, radarsystemer
PCB med metalkerne (MCPCB)
├── Fordele: Fremragende varmeafledning (1-3W/m-K)
├── Begrænsninger: Vanskeligt at fremstille i flere lag
└── Anvendelser: LED'er med høj effekt, bilelektronik
Fleksible plader af polyimid
├── Fordele: Tåler >100k bøjninger
├── Begrænsninger: Høj fugtabsorption, kræver forbagning
└── Anvendelser: Sammenklappelige telefoner, dynamisk udstyr
Beslutningsproces for udvælgelse
- Definer elektriske behov - Til høje frekvenser >1GHz bør man foretrække materialer med lavt tab.
- Vurder de miljømæssige forhold - Til miljøer med høj temperatur skal du vælge materialer med høj Tg (>170℃)
- Mekaniske krav - Overvej stift-fleksibelt design til vibrerende miljøer
- Optimering af omkostninger - Brug FR-4 som hovedmateriale til forbrugerelektronik, blandede materialer lokalt
Principper for layout
- Blokbaseret layout - Opdeling efter funktion (RF, digital, analog adskillelse)
- Prioriter termisk styring - Placer enheder med høj effekt nær printkanten eller varmeafledningsstien
- Orientering af signalflow - Minimer sporlængden for højfrekvente signaler
Specifikationer for ruteføring
Sporbredde vs. strømkapacitet (1 oz kobber)
┌────────────┬──────────────────┐
│ Strømstyrke │ Anbefalet bredde│
├────────────┼──────────────────┤
│ 1A │ 0,5 mm │
│ 3A │ 1,5 mm │
│ 5A │ 2,5 mm │
└────────────┴──────────────────┘
- Strengt kontrolleret længdematchning for højhastighedsdifferentielle par (±5mil)
- Undgå 90° vinkler, brug 45° eller buespor
Kvalitetskontrol: Fuld proces fra råmateriale til færdigt produkt
Almindelige fejl og modforanstaltninger
| Fejltype | Årsag | Løsning |
|---|
| Afskalning af kobberfolie | Utilstrækkelig vedhæftning af materiale | Optimering af lamineringsparametre |
| Signalforvrængning | Afvigelse i impedansregulering | Forbedre ætsningskompensationen |
| Dårlig loddeevne | Forkert design af puder | Tilføj loddemaskedæmning |
| EMI | Urimelig stakningsstruktur | Juster jordforbindelsen |
Inspektionsproces
Råmaterialeinspektion → Billeddannelse af indre lag → AOI-inspektion → Laminering
→ Boring og plettering → Billedbehandling af ydre lag → Loddemaske og silketryk → Elektrisk test og emballering
Moderne printkortfabrikker kombinerer Automatiseret optisk inspektionapsuleringsprocesser og møder (AOI) med Test med flyvende sonde for at sikre et produktudbytte >98%.
Panorama over PCB-industriens kæde
Opstrøms: Glasfiber/kobberfolie/harpiks → Midstream: CCL/Prepreg → PCB-fremstilling → Downstream: Elektronisk samling
Kina er blevet verdens største PCB-produktionsbase og står for 56% af den globale produktionsværdi, og andelen af produkter med høj værditilvækst som HDI og fleksible plader stiger hele tiden.