Vilka material används vid tillverkning av kretskort?

Kretskort tillverkas med hjälp av en kombination av dielektriska substrat, kopparfolie, prepreg, lödmasker och ytbehandlingar. Valet av material har en direkt inverkan på den elektriska prestandan, den termiska stabiliteten, den mekaniska hållfastheten och den långsiktiga tillförlitligheten.

Även om FR4 fortfarande är det vanligaste substratet kräver många tillämpningar specialmaterial för att uppfylla krav på högre frekvens, temperatur eller värmeledningsförmåga. Genom att förstå varje materials roll kan ingenjörer välja den mest lämpliga materialkonstruktionen för en specifik konstruktion.

Material för kretskort

Substratet utgör kretskortets strukturella grund. Det ger mekaniskt stöd och fungerar som elektrisk isolering mellan de ledande skikten.

Flera olika substratsystem används ofta vid tillverkning av kretskort.

FR4

FR4 är det material som används som branschstandard inom de flesta områden av kommersiell och industriell elektronik. Det består av vävd glasfiber i kombination med epoxiharts och erbjuder goda elektriska egenskaper och kostnadseffektivitet.

Typiska tillämpningar inkluderar:

• Konsumentelektronik
• Industriella kontroller
• Kommunikationsutrustning
• Moduler för fordonsindustrin

För vanliga flerskiktskretskort erbjuder FR4 en bra balans mellan prestanda och tillverkningskostnad.

FR4 med högt glasövergångstemperatur

Material med hög glasövergångstemperatur (TG) är att föredra när kretskort utsätts för höga temperaturer eller flera cykler av blyfri lödning.

Laminat med högt TG-värde används ofta inom:

• Elektronik för fordonsindustrin
• Strömförsörjning
• Servrar
• Industriella styrsystem

Jämfört med vanlig FR4 uppvisar material med högt TG bättre dimensionsstabilitet och fuktbeständighet.

Högfrekventa material

Tillämpningar inom radiofrekvens- och mikrovågsområdet kräver ofta material med liten variation i dielektricitetskonstanten och låg förlustfaktor.

Vanliga exempel är bland annat:

• Rogers laminat
• PTFE-baserade material
• Taconic-material
• Panasonic Megtron-serien

Dessa material används i stor utsträckning inom:

• Radarsystem
• 5G-kommunikationsutrustning
• Satellitelektronik
• Produkter för höghastighetsnätverk

Polyimidmaterial

Polyimidmaterial har utmärkt värmebeständighet och flexibilitet. De används ofta i både flexibla och styv-flexibla kretskort.

Exempel på branscher är:

• Flyg- och rymdindustrin
• Medicinsk elektronik
• Bärbara enheter
• Militära system

Polyimidkort tål tuffa miljöer där konventionellt FR4 kanske inte är lämpligt.

Material för metallkärnor

Kretskort med metallkärna använder underlag av aluminium eller koppar för att förbättra värmeavledningen.

De används ofta för:

• LED-belysning
• Strömomvandlare
• Bilbelysning
• Högströmsapplikationer

Kretskort med aluminiumkärna är fortfarande den vanligaste lösningen tack vare den goda balansen mellan värmeegenskaper och tillverkningskostnad.

Kopparfolie

Kopparfolie bildar de ledande banorna som leder elektriska signaler och ström genom hela kretskortet.

Vanliga kopparvikter är bland annat:

Tjockare koppar förbättrar strömförmågan, men påverkar också avståndet mellan ledarna och etsningstoleranserna.

Tunga kopparkonstruktioner används ofta inom kraftelektronik och industriell utrustning.

Kärn- och prepregmaterial

Flerskiktskretskort tillverkas med hjälp av kärnor och prepreg.

Kärnmaterial

En kärna består av härdat laminat med kopparfolie på båda sidor. Den ger styvhet och bestämmer skikttjockleken.

Prepreg

Prepreg består av delvis härdat harts som är förstärkt med glasfiberduk. Vid lamineringen binds flera lager samman med hjälp av värme och tryck.

Kombinationen av kärnmaterial och prepreg avgör:

• Tjocklek på skivan
• Impedansreglering
• Mekanisk stabilitet
• Avstånd mellan skikten

Ett korrekt materialval är avgörande för konstruktioner avsedda för höga hastigheter och impedansstyrda strukturer.

Lödmask

Lödmasken skyddar kopparbanorna mot oxidation och förhindrar att det uppstår lödbroar vid monteringen.

Grönt är fortfarande den vanligaste färgen, även om svart, vitt, blått och rött också finns i stort utbud.

Förutom det estetiska utseendet bidrar lödmaskerna till att förbättra:

• Ytisolering
• Fuktbeständighet
• Kemisk beständighet
• Tillförlitlighet vid montering

Material för ytbehandling

Ytbehandlingar skyddar exponerade kopparplattor och säkerställer lödbarheten.

Vanliga ytbehandlingar är bland annat:

ENIG

Kemisk nickelplätering med guldbeläggning ger utmärkt planhet och korrosionsbeständighet, vilket gör den lämplig för komponenter med fin delning och BGA-paket.

HASL

Lödning med varmluft är fortfarande ett kostnadseffektivt alternativ för konventionella monteringar.

Nedsänkt tenn

Tennbeläggning ger god lödbarhet och används ofta i kommunikations- och industriprodukter.

OSP

Organiskt lödbarhetsskyddsmedel väljs ofta för konsumentelektronik som tillverkas i stora volymer på grund av dess låga kostnad.

Valet av material beror på användningsområdet

Olika tillämpningar ställer olika krav på kretskortmaterial.

Vid materialvalet bör man beakta flera faktorer samtidigt:

• Frekvens för drift
• Termiska krav
• Mekanisk påfrestning
• Monteringsprocessen
• Kostnadsmål
• Långsiktig tillförlitlighet

Genom att välja rätt kombination av substrat, kopparfolie, prepreg, lödmask och ytbehandling kan man säkerställa en stabil prestanda under hela produktens livscykel.

VANLIGA FRÅGOR