Kretskort för tryckta kretsar (PCB) utgör kärnskelettet i elektroniska produkter och bär inte bara komponenter utan bestämmer också enhetens prestanda och tillförlitlighet. Den här artikeln behandlar viktiga delar som principer för mönsterkortsdesign, materialval och kvalitetskontroll.
Vad är ett kretskort?
Kretskort skapar elektriska anslutningar via spår av kopparfolie på ett isolerande substrat, vilket ersätter komplex kabeldragning och möjliggör signalöverföring och strömfördelning mellan komponenter. Kända som "de elektroniska produkternas moder" har mönsterkort utvecklats från tidiga enskiktsstrukturer till komplexa former som Interconnect med hög densitet (HDI) och Flexibla kretsaroch tillgodoser behov från konsumentelektronik till flyg- och rymdindustrin.
Utveckling av nyckeltal
| Era | Vanliga lager | Linjebredd Precision | Utveckling av material |
|---|
| 1950s | Enkelsidig | >1 mm | Pappersbaserad CCL |
| 1980s | 2-4 lager | 0,2-0,5 mm | FR-4 Standardisering |
| 2000s | 6-8 lager | 0,1 mm | Högfrekventa material |
| Nuvarande | 10-20+ lager | <0,05 mm | Rigid-Flex-kombination |
PCB:s kärnfunktioner
- Elektrisk sammankoppling - Möjliggör fullständig signalöverföring genom exakt routing; högfrekventa kretsar kräver kontrollerad karakteristisk impedans.
- Mekanisk support - Ger en stabil monteringsyta för kapslingar som BGA, QFN.
- Termisk hantering - Avleder värme genom termiska vias, substrat med metallkärna (t.ex. LED-belysningskort).
- Elektromagnetisk kompatibilitet - Minskar överhörning av signaler genom planering av flerskiktsstackup av ström-/jordskikt.
Ett fall från verkligheten: Moderkort för smartphones använder HDI i alla skikt teknik, vilket ger BGA-routing med 0,3 mm pitch i en 10-lagers stack samtidigt som RF-kretsar för antenner integreras.
Fullständig översikt över PCB-klassificering
Klassificering efter antal lager
- Enkelsidig - Lägsta kostnad, lämplig för enkla kretsar (t.ex. kraftmoduler)
- Dubbelsidig - Optimal kostnadseffektivitet, sammankopplingar via vias
- Flerskikt - 4-30+ lager, stödjer komplex IC-sammankoppling (t.ex. moderkort till servrar)
Klassificering efter substrat
| Typ | Egenskaper | Tillämpningsscenarier |
|---|
| Styvt kretskort | Dimensionsstabilitet, hög hållfasthet | Datorer, industriella styrsystem |
| Flexibel kretskort | Böjbar, utmattningsbeständig | Bärbara enheter, kameramoduler |
| Rigid-Flex | Balanserar stabilitet och 3D-routing | Medicinsk utrustning, flyg- och rymdindustrin |
Guide för val av PCB-material
Jämförelse av vanliga substrat
FR-4 Epoxi glasväv
├── Fördelar: Låg kostnad (¥ 80-200/㎡), mogen bearbetning
├── Begränsningar: Hög förlust vid höga frekvenser, måttlig värmebeständighet
└── Tillämpningar: Konsumentelektronik, kraftutrustning
Rogers högfrekventa serie
├── Fördelar: Stabil dielektricitetskonstant, låg förlusttangent
├── Begränsningar: Hög kostnad (5-8x FR-4)
└── Tillämpningar: 5G-basstationer, radarsystem
Kretskort med metallkärna (MCPCB)
├─── Fördelar: Utmärkt värmeavledning (1-3W/m-K)
├── Begränsningar: Svårt att tillverka i flera lager
└── Tillämpningar: Högeffektslysdioder, fordonselektronik
Flexibla brädor av polyimid
├─── Fördelar: Tål >100k böjningar
├── Begränsningar: Hög fuktabsorption, kräver förbakning
└── Tillämpningar: Vikbara telefoner, dynamisk utrustning
Urval Beslutsprocess
- Definiera elektriska behov - För höga frekvenser >1 GHz, föredra material med låg förlust
- Bedömning av miljöförhållanden - För miljöer med hög temperatur, välj material med hög Tg (> 170 ℃)
- Mekaniska krav - För vibrerande miljöer, överväg rigid-flex design
- Kostnadsoptimering - Använd FR-4 som huvudmaterial för konsumentelektronik, blandade material lokalt
Principer för layout
- Blockbaserad layout - Uppdelning efter funktion (RF, Digital, Analog separation)
- Prioritera termisk hantering - Placera högeffektsenheter nära kortkanten eller värmeavledningsvägen
- Signalflödesorientering - Minimera spårlängden för högfrekventa signaler
Specifikationer för routning
Spårbredd vs. strömkapacitet (1 oz koppar)
┌────────────┬──────────────────┐
│ Strömstyrka │ Rekommenderad bredd│
├────────────┼──────────────────┤
│ 1A │ 0,5mm │
│ 3A │ 1,5mm │
│ 5A │ 2,5 mm │
└────────────┴──────────────────┘
- Strikt kontrollerad längdmatchning för differentiella höghastighetspar (±5mil)
- Undvik 90° vinklar, använd 45° eller bågformade spår
Kvalitetskontroll: Hela processen från råmaterial till färdig produkt
Vanliga defekter och motåtgärder
| Typ av defekt | Orsak | Lösning |
|---|
| Skalning av kopparfolie | Otillräcklig vidhäftning av material | Optimera lamineringsparametrarna |
| Signalförvrängning | Avvikelse för impedansreglering | Förbättra kompensation för etsning |
| Dålig lödbarhet | Felaktig utformning av dynan | Lägg till lödmaskdamm |
| EMI | Orimlig stackup-struktur | Justera jordningsschemat |
Inspektionsprocess
Råmaterialinspektion → Bildbehandling av inre skikt → AOI-inspektion → Laminering
→ Borrning och plätering → Bildbehandling av yttre skikt → Lödmask och silkscreen → Elektrisk testning och förpackning
Moderna PCB-fabriker kombinerar Automatiserad optisk inspektion (AOI) med Test med flygande sond för att säkerställa ett produktutbyte >98%.
Panorama över PCB-industrins kedja
Uppströms: Glasfiber/Kopparfolie/Resin → Mellanled: CCL/Prepreg → Tillverkning av kretskort → Nedströms: Elektronisk montering
Kina har blivit världens största produktionsbas för mönsterkort och står för 56% av det globala produktionsvärdet, och andelen produkter med högt förädlingsvärde som HDI och flexibla mönsterkort ökar kontinuerligt.