Hvad er en Stiv printplade og hvordan fremstilles det?
Stift printkort (PCB) er et printkort baseret på et stift substrat med en stabil mekanisk struktur og fremragende elektriske egenskaber. Det bruges i vid udstrækning i computere, kommunikationsudstyr, industriel styring og forbrugerelektronik, hvor det sikrer pålidelige elektriske forbindelser og fysisk støtte til elektroniske komponenter.
1. Egenskaber og fordele ved stive printkort
Stive printkort bruges primært til glasforstærket epoxylaminat (såsom FR-4, CEM-3) som grundmateriale, fremstillet gennem processer som laminering, mønsteroverførsel og ætsning. Deres vigtigste egenskaber omfatter:
- Høj mekanisk styrke: Det stive underlag har høj modstandsdygtighed over for bøjning og vibrationer og er velegnet til faste installationer.
- Fremragende elektrisk ydeevne: Stabil dielektrisk konstant og lavt signaltab, understøtter højfrekvente og højhastighedsapplikationer.
- God termisk stabilitet: Varmebestandig med en glasovergangstemperatur (Tg) typisk over 140 °C.
- Høj ledningstæthed: Understøtter flerlagsdesign (normalt 4–12 lag), hvilket muliggør komplekse kredsløbslayouter.
Sammenlignet med fleksible printkort (Flex PCB) er stive printkort billigere og har mere modne fremstillingsprocesser, men de er mindre fleksible og lette. Tabellen nedenfor sammenligner de to typer hovedegenskaber:
| Funktion | Stiv printplade | Fleksibelt printkort |
|---|
| Substrattype | FR-4, CEM-3 osv. | Polyimid (PI), PET |
| Fleksibilitet | None | Bøjelig og foldbar |
| Vægt | Tungere | Let (90 % lettere end stive) |
| Omkostninger | Lav (fordel ved masseproduktion) | Højere |
| Anvendelser | Bundkort, strømmoduler | Bærbare enheder, foldbare skærme |
2. Fremstillingsproces for stive printkort
Fremstillingen af stive printkort er en flerstrenget proces, der kræver stor præcision og primært består af følgende trin:
- Produktion af indre lagskredsløb
- Skæring: Kobberbelagt laminat skæres til designmål med en nøjagtighed på ±0,1 mm.
- Filmlaminering og eksponering: Der påføres lysfølsom tørfilm, og kredsløbsmønstre overføres via UV-eksponering.
- Udvikling og ætsning: Ueksponeret tør film og kobber fjernes for at danne ledende kredsløb.
- AOI-inspektion: Automatiseret optisk inspektion kontrollerer parametre som linjebredde og afstand.
- Brun oxidation: Forbedrer vedhæftningen mellem de indre kobberlag og prepreg.
- Lagstabling og presning: Flere lag presses sammen under høj temperatur (180–200 °C) og tryk (300–400 psi).
- Mekanisk/laserboring: Opretter gennemgående huller, blinde vias eller nedgravede vias.
- Kobberaflejring og plettering: Kemisk aflejret og galvaniseret kobber metalliserer hulvæggene til forbindelser mellem lagene.
- Ydre lagkredsløb og overfladebehandling
- Overførsel af mønstre: Laser Direct Imaging (LDI)-teknologi skaber kredsløb i det ydre lag.
- Loddemaske og silketryk: Der påføres loddemodstandsblæk, og komponentmærkninger trykkes.
- Overfladefinish: Processer som HASL, ENIG eller OSP vælges ud fra anvendelsesbehovene.
- Elektrisk testning: Kontinuitet testet via flyvende probe eller søm-test.
- Validering af pålidelighed: Omfatter termisk cykling, test ved høje temperaturer/høj luftfugtighed, impedanstest osv.
3. Hvordan forbedres pålideligheden af stive printkort?
For at øge pålideligheden af stive printkort i barske miljøer er det nødvendigt med en systematisk optimering af materialer, design, fremstilling og testprocesser:
- Til højfrekvente applikationer skal du bruge PTFE-substrater (Dk≈3,0, Df<0,005).
- I miljøer med høje temperaturer (f.eks. bilelektronik) skal du bruge høj-Tg FR-4 (Tg≥170 °C).
- Til varmeafledning skal du bruge metal-core-substrater (aluminiumkernes varmeledningsevne 1–3 W/m·K).
- Design af jordforbindelse: Brug flerpunktsforankring til højfrekvente kredsløb og enkeltpunktsforankring til lavfrekvente kredsløb.
- Termisk styring: Tilføj termiske vias, brug tyk kobberfolie (≥2 oz).
- Signalintegritet: Kontroller impedansafvigelsen inden for ±10 %, linjebreddetolerance ±0,05 mm.
- Lamineringsproces: Vakuumpresning reducerer bobler mellem lagene.
- Borepræcision: Hulpositionsfejl ≤50μm, billedformat ≤8:1.
- Loddeproces: Brug blyfri lodde SAC305, reflow-spidstemperatur 245 °C ± 5 °C.
- Følg branchestandarder som IPC-6012 og IPC-A-600.
- Implementer miljøbelastningsscreening (ESS), f.eks. 1000 termiske cyklusser (-40 °C til 125 °C).
4. Stiv PCB vs. fleksibel PCB: Hvordan vælger man?
| Overvejelser | Velegnet til stive printkort | Velegnet til fleksible printkort |
|---|
| Mekanisk miljø | Fast installation, høje vibrationer | Bøjelig, dynamisk foldning |
| Følsomhed over for omkostninger | Masseproduktion, omkostningsstyret | Produkter med lavt volumen og høj værdi |
| Pladsbegrænsninger | Tilstrækkelig plads | Begrænsede eller uregelmæssige rum |
| Varmeafledning | Højtydende komponenter, aktiv køling | Lavt strømforbrug, passiv køling |
| Signalfrekvens | Høj frekvens/hastighed (>10 GHz) med specielle materialer | Generel frekvens (<5 GHz) |
5. Anvendelsesscenarier og anbefalinger til valg
- Forbrugerelektronik (bundkort, apparater): FR-4 foretrækkes på grund af lave omkostninger og moden proces.
- Industriel kontrol (PLC'er, sensorer): Høj pålidelighed kræves; FR-4 med høj Tg eller flerlagsplader anbefales.
- Elektronik til biler (ECU'er, radar): Kræver modstandsdygtighed over for høje temperaturer og vibrationer; et metalunderlag eller et keramisk underlag er valgfrit.
- Kommunikationsudstyr (5G-basestationer, RF-moduler): Højfrekvente applikationer kræver PTFE- eller Rogers-materialer.