Материалы для изготовления сердечников печатных плат и препрегов

Каждая многослойная печатная плата изготавливается на основе двух основных материалов: сердечника и препрега. Хотя в готовом изделии их редко можно увидеть, они играют решающую роль в определении толщины платы, расстояния между слоями, регулировании импеданса, механической устойчивости и надежности производства.

Независимо от того, идет ли речь о производстве простой 4-слойной платы или сложной многослойной задней панели, понимание взаимодействия материалов сердцевины и препрега имеет решающее значение для проектирования слоевой структуры и изготовления печатных плат.

Что такое материал основы печатной платы?

Материал сердечника представляет собой полностью отвержденный ламинат с медной фольгой, наклеенной с обеих сторон.

Она служит конструктивной основой многослойной печатной платы и обеспечивает её жесткость на этапе изготовления.

Типичный сердечник состоит из:

• Армирование стекловолокном
• Система смол
• Медная фольга с обеих сторон

Конструкция аналогична стандартным ламинатным материалам, рассмотренным в Обзор материалов для ламинирования печатных плат, за исключением того, что смола уже прошла процесс отверждения.

Материалы для сердечника выпускаются с различной толщиной, что позволяет удовлетворить различные требования к конструкции слоёв.

Свойства основного материала

Основные слои обеспечивают:

• Механическая прочность
• Электрическая изоляция
• Медная опора
• Стабильность размеров

Без сердечников многослойные платы не смогли бы сохранить свою структурную целостность в процессе ламинирования и сборки.

Что такое препрег для печатных плат?

Термин «препрег» означает «предварительно пропитанный» материал.

Он состоит из стекловолоконной ткани, пропитанной частично отвердевшей смолой.

В отличие от материала основы, препрег до начала ламинирования находится в полуотвержденном состоянии.

В процессе ламинирования печатной платы под воздействием тепла и давления смола течет и полностью отвердевает, скрепляя соседние слои между собой.

Слой препрега обычно содержит:

• Стекловолоконная ткань
• Частично отвердевшая эпоксидная смола
• Без медной фольги

Его основное назначение — обеспечить сцепление между слоями сердечника.

Как взаимодействуют сердечник и препрег

Многослойная печатная плата представляет собой, по сути, набор медных слоев, разделенных заполнителями и препрегами.

Например, типичная 4-слойная конструкция может выглядеть следующим образом:

Медь
Сердечник
Медь
Препрег
Медь
Сердечник
Медь

Во время ламинирования:

1. Препрег размягчается.
2. Смола проникает в щели.
3. Слои соединены между собой.
4. Смола полностью отвердевает.
5. Образуется единая жесткая конструкция.

В ходе этого процесса создается многослойная структура печатной платы, используемая в современной электронике.

Материалы по программе «Common Core»

Стандартный сердечник из FR4

В большинстве многослойных печатных плат в качестве основного материала используется FR4.

Преимущества включают:

• Низкая стоимость
• Хорошая механическая прочность
• Стабильные технологические характеристики
• Широкая доступность

В сфере электроники общего назначения FR4 по-прежнему остается наиболее широко используемым материалом.

Инженеры, не знакомые со свойствами FR4, могут ознакомиться с Обзор материала FR4 для печатных плат для получения дополнительной информации.

Материалы для сердечников с высоким значением ТГ

В системах, работающих при более высоких температурах, часто используются сердечники с высокой температурой стеклования.

Преимущества включают:

• Повышенная термическая стабильность
• Снижение расширения по оси Z
• Повышенная надежность при сборе безсвинцовых компонентов

Эти материалы обычно встречаются в:

• Автомобильная электроника
• Промышленные средства управления
• Системы преобразования энергии
• Серверы

Как уже упоминалось в Печатная плата из FR4 с высоким значением TG, более высокие значения TG могут значительно повысить долгосрочную надежность.

Материалы для высокоскоростных ядер

В современном коммуникационном оборудовании часто используются специализированные сердечники с низкими потерями.

Примеры включают:

• Серия Megtron
• Высокоскоростные материалы Isola
• Ламинаты I-Speed
• Системы на основе FR4 с низкими потерями

Эти материалы способствуют обеспечению целостности сигнала при высоких скоростях передачи данных.

Распространенные типы препрегов

Препреги обычно классифицируются по типу стекловолокна и содержанию смолы.

К распространенным типам стекловолокна относятся:

• 106
• 1080
• 2113
• 2116
• 7628

Каждый тип отличается толщиной и характеристиками смолы.

Препрег с низким содержанием смолы

Предложения:

• Улучшенный контроль толщины
• Снижение расхода смолы
• Повышенная стабильность размеров

Часто используется в печатных платах с большим количеством слоев.

Препрег с высоким содержанием смолы

Предусматривает:

• Улучшенная производительность по заполнению
• Улучшенная адгезия
• Увеличенное диэлектрическое расстояние

Обычно применяется в случаях, когда имеются крупные медные элементы.

Сердечник и препрег в системе регулирования импеданса

Одной из важнейших функций материалов сердечника и препрегов является регулирование импеданса.

Импеданс сигнала зависит от:

• Диэлектрическая проницаемость (Dk)
• Расстояние между слоями
• Толщина меди
• Геометрия траектории

Толщина сердечника или препрега напрямую влияет на расстояние между сигнальными слоями и опорными плоскостями.

Даже небольшие изменения могут существенно повлиять на значения контролируемого импеданса.

По этой причине проектирование слоевой структуры и выбор материалов необходимо согласовывать с самого начала проекта.

Будущие обсуждения, посвящённые диэлектрическим свойствам, будут освещены в Значения Dk и Df в материалах печатных плат.

Выбор материалов для многослойных печатных плат

При выборе материалов для сердечника и препрега следует учитывать ряд факторов.

Электрические характеристики

В системах, в которых используются высокочастотные сигналы, необходимы стабильные диэлектрические свойства.

Требования к тепловым характеристикам

При более высоких рабочих температурах может потребоваться использование систем с высоким значением TG.

Толщина стенок картона

Комбинации сердечника и препрега определяют конечную толщину печатной платы.

Производственные возможности

Для некоторых материалов требуются специальные профили ламинирования и средства контроля технологического процесса.

Соображения по поводу стоимости

Выбор материала должен определяться эксплуатационными требованиями, а не стремлением использовать материал с максимально высокими техническими характеристиками.

Типичные проблемы, возникающие при ламинировании

Неправильный выбор материала может привести к ряду проблем при производстве.

Нехватка смолы

Недостаточный поток смолы может привести к образованию пустот или слабому сцеплению.

Чрезмерный поток смолы

Слишком интенсивное перемещение смолы может изменить диэлектрическое расстояние и повлиять на импеданс.

Расслаивание

Недостаточная совместимость материалов может привести к отслоению слоев во время термоциклирования.

Изменение толщины

Неправильный выбор препрега может привести к неравномерной толщине готовой плиты.

Опытные производители печатных плат учитывают эти факторы на этапе разработки структуры слоев, чтобы свести к минимуму производственные риски.

Почему важна совместимость материалов

Материалы для сердечника и препрега часто закупаются у одного и того же производителя ламинатов.

Согласование систем материалов позволяет обеспечить:

• Равномерное тепловое расширение
• Надежное соединение
• Стабильные диэлектрические характеристики
• Повышение выхода готовой продукции

Использование несовместимых материалов может привести к проблемам с надежностью в течение всего срока службы изделия.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ