1. Grundlæggende om PCB-materialer
1.1 Kernekomponenter i PCB-materialer
PCB-materialer, kendt som Copper-Clad-laminater (CCL)udgør substratet til fremstilling af printkort, hvilket direkte bestemmer kortets elektrisk ydeevne, mekaniske egenskaber, Termiske egenskaberog fremstillingsevne.
| Komponent | Funktion og egenskaber | Materialesammensætning |
|---|
| Isolerende lag | Giver elektrisk isolering og mekanisk støtte | Epoxyharpiks, glasfiberdug, PTFE osv. |
| Ledende lag | Danner kredsløbsforbindelser | Elektrolytisk kobberfolie, valset kobberfolie (typisk 35-50 μm tyk) |
1.2 Almindelige PCB-materialetyper og -anvendelser
FR-4-materiale
- Sammensætning: Glasfiberdug + epoxyharpiks
- Karakteristika: Omkostningseffektiv, afbalancerede mekaniske og elektriske egenskaber, flammehæmmende
- Anvendelser: Forbrugerelektronik, computerbundkort, industrielle kontrolkort og de fleste almindelige elektroniske produkter
Højfrekvente/højhastighedsmaterialer
- Sammensætning: PTFE, kulbrinter, keramiske fyldstoffer
- Karakteristika: Ekstremt lav dielektrisk konstant (Dk) og dissipationsfaktor (Df), minimalt signaltransmissionstab, fremragende stabilitet
- Anvendelser: 5G-basestationsantenner, satellitkommunikation, højhastighedsnetværksudstyr, bilradar
Substrater med metalkerne
- Sammensætning: Varmeledende isolerende lag + aluminium/kobbersubstrat
- Karakteristika: Fremragende varmeafledningsevne, høj varmeledningsevne
- Anvendelser: LED-belysning, effektmoduler, effektforstærkere, forlygter til biler
1.3 Nøgleparametre for PCB-materialer
Indikatorer for termisk ydeevne
- Tg (glasovergangstemperatur)
- Standard FR-4 Tg: 130°C - 140°C
- Mid-Tg FR-4: 150°C - 160°C
- Høj-Tg FR-4: ≥ 170°C (egnet til blyfri loddeprocesser)
- Td (nedbrydningstemperatur)
- Den temperatur, hvor substratet begynder kemisk nedbrydning
- Højere Td indikerer bedre stabilitet ved høj temperatur
Indikatorer for elektrisk ydeevne
- Dk (dielektrisk konstant)
- Påvirker signalets udbredelseshastighed og impedans i det dielektriske medium
- Lavere Dk-værdier giver hurtigere signaludbredelse
- Df (Dissipationsfaktor)
- Energitab, når signaler udbreder sig gennem det dielektriske medium
- Lavere Df-værdier indikerer reduceret signaltab
Indikatorer for mekanisk pålidelighed
- CTE (termisk udvidelseskoefficient)
- Z-aksen (tykkelsesretningen) CTE skal minimeres for at forhindre revner i tønden efter flere reflow-cyklusser
- CAF-modstand
- Forhindrer dannelse af ledende anodiske tråde under høje temperaturer og høj luftfugtighed
2. Detaljeret PCB-paneliseringsproces
2.1 Standard panelstørrelser
Originale standardstørrelser fra PCB-materialeleverandører fungerer som grundlæggende indkøbs- og lagerenheder for PCB-producenter:
| Størrelse Type | Fælles specifikationer | Anvendelige materialer |
|---|
| Mainstream-størrelser | 36″ × 48″, 40″ × 48″, 42″ × 48″ | FR-4 og andre stive materialer |
| Tilpassede størrelser | Skræddersyet til kundens behov | Højfrekvente tavler, metalkerne-tavler |
2.2 Optimering af produktionspanelets størrelse
PCB-producenter skærer standardpaneler i mindre produktionspaneler, der er egnede til behandling i produktionslinjen gennem panelisering, med det centrale mål at maksimering af materialeudnyttelse.
Strategier til optimering af panelisering:
- Brug specialiseret layout-software til optimal udnyttelse af panelerne
- Overvej begrænsninger i udstyrets behandlingskapacitet
- Balance mellem produktionseffektivitet og materialeudnyttelse
2.3 Nøglefaktorer, der påvirker produktionspanelernes størrelse
- Udstyrets forarbejdningskapacitet: Størrelsesbegrænsninger på eksponeringsmaskiner, ætselinjer, presser osv.
- Overvejelser om produktionseffektivitet: Moderate størrelser forbedrer produktionsrytmen og udbyttet
- Udnyttelse af materialer: Centrale overvejelser, der har direkte indflydelse på omkostningskontrollen
3. Detaljeret PCB-lag Struktur og funktioner
3.1 Omfattende oversigt over PCB-lagstruktur
| Lagtype | Funktionsbeskrivelse | Visuelle kendetegn |
|---|
| Silketryk-lag | Markerer komponentbetegnelser og konturer | Hvide tegn (når loddemasken er grøn) |
| Loddemaske-lag | Isolationsbeskyttelse forhindrer kortslutning | Grønt eller andet farvet blæk (negativt billede) |
| Lag af loddepasta | Hjælper med lodning, forbedrer loddeevnen | Tin- eller guldbelægning på pads (positivt billede) |
| Elektrisk lag | Signalføring, elektriske forbindelser | Kobberbaner, interne planer i flerlagsplader |
| Mekanisk lag | Definition af fysisk struktur | Tavleomrids, åbninger og dimensionsmarkeringer |
| Borelag | Definition af boredata | Placering af gennemgående huller, blinde vias og nedgravede vias |
3.2 Dybdegående analyse af de vigtigste lag
Forholdet mellem loddemaske og loddepastalag
- Princippet om gensidig udelukkelse: Områder med loddemaske har ingen loddepasta og vice versa
- Væsentlige elementer i design: Loddemaske bruger negativt billeddesign, loddepasta bruger positivt billeddesign
Strategi for design af elektriske lag
- Plader med et enkelt lag: Kun ét ledende lag
- Plader med dobbeltlag: Øverste og nederste ledende lag
- Plader i flere lag: 4 lag eller mere, indre lag kan indstilles som strøm- og jordplan ved hjælp af et negativt billede
Forskelle mellem mekaniske lag og silketrykslag
- Forskellige formål: Silketryk hjælper med at identificere komponenter; mekaniske lag guider PCB-fremstilling og fysisk samling
- Forskelle i indhold: Silketryk indeholder primært tekst og symboler; det mekaniske lag indeholder fysiske dimensioner, boreplaceringer osv.
4. Praktisk PCB-designguide
4.1 Grundlæggende om komponentpakker
Væsentlige overvejelser om pakken:
- Passer nøjagtigt til fysiske komponentdimensioner
- Skelne mellem DIP-pakker (through-hole) og SMD-pakker (surface-mount)
- Tal som 0402, 0603 repræsenterer komponentdimensioner (enhed: tommer)
4.2 Valg af strømforsyningsdesign
Switching vs. lineære strømforsyninger
| Strømtype | Fordele | Ulemper | Anvendelsesscenarier |
|---|
| Skiftende strømforsyning | Høj effektivitet (80%-95%) | Store krusninger, komplekst design | Applikationer med høj effekt, batteridrevne enheder |
| Lineær strømforsyning | Lav krusning, enkelt design | Lav effektivitet, betydelig varmeudvikling | Strømbesparende, støjfølsomme kredsløb |
| LDO | Lavt dropout, lav støj | Stadig relativt lav effektivitet | Anvendelser med lavt dropout, RF-kredsløb |
4.3 Standardiseret PCB-designproces
Fase 1: Skematisk design
- Forberedelse af komponentbibliotek
- Opret pakker baseret på faktiske komponentdimensioner
- Det anbefales at bruge etablerede biblioteker som JLCPCB
- Tilføj 3D-modeller til visuel verifikation
- Skematisk tegning af kredsløb
- Referenceapplikationskredsløb leveret af chipproducenter
- Lær af gennemprøvede moduldesigns
- Brug online-ressourcer (CSDN, tekniske fora) til referencedesigns
Fase 2: PCB-layout og ruteføring
- Retningslinjer for placering af komponenter
- Kompakt placering af funktionsmoduler
- Hold varmeudviklende komponenter væk fra følsomme enheder
- Følg layoutanbefalingerne i chipdatabladene
- Specifikationer for signalføring
- Sporbredde: 10-15mil (almindelige signaler)
- Undgå spidse og retvinklede spor
- Placer krystaller tæt på IC'er uden spor under.
- Styring af strøm og jordplan
- Strømsporbredde: 30-50mil (justeres baseret på strøm)
- Jordforbindelser kan opnås gennem kobberhældning
- Brug vias korrekt til at forbinde forskellige lag
5. Professionelle designteknikker og overvejelser
5.1 Grundlæggende om design af højhastighedskredsløb
- Impedanstilpasning: 50Ω single-ended, 90/100Ω differential
- Signalintegritet: Overvej transmissionslinjeeffekter, kontrolrefleksioner og krydstale
- Strømintegritet: Tilstrækkelig placering af afkoblingskondensator
5.2 Strategier for termisk styring
- Prioriter varmeafledningsveje til enheder med høj effekt
- Vælg materialer med høj varmeledningsevne (metalkerne, materialer med høj Tg)
- Korrekt brug af termiske vias
5.3 Design til fremstilling (DFM)
- Overhold PCB-producentens procesmuligheder
- Indstil passende sikkerhedsafstande
- Overvej paneliseringsdesign