Pevná deska plošných spojů

Materiál: Pevný používá sklolaminát, flexibilní používá polyimid. Struktura: Pevný se neohýbá, flexibilní se ohýbat může. Použití: Pevný pro stabilní spojení, flexibilní pro kompaktní prostory.

Jednovrstvé, dvouvrstvé, vícevrstvé. Jednovrstvé má obvody na jedné straně; dvouvrstvé na obou; vícevrstvé spojuje vodivé vrstvy přes průchody (např. základní desky).

Stolní počítače, televizory, průmyslové řízení, automobilová elektronika (palubní počítače), letecké a kosmické komponenty odolné proti vibracím atd.

Nižší náklady. Pevné desky plošných spojů mají vyspělé procesy a levné materiály; flexibilní desky plošných spojů jsou drahé kvůli složitým materiálům a procesům.

Běžné substráty FR4: -55 °C až 125 °C pro běžné použití, krátkodobě 260 °C pro bezolovnaté pájení. Speciální materiály odolávají vyšším teplotám.

Od několika cm² (malé řídicí desky) až po několik m² (velké základní desky serverů).

Záleží na velikosti, vrstvách a materiálech. Vícevrstvé desky FR4: ~1–3 kg/m², těžší než flexibilní desky plošných spojů stejné plochy.

10–20+ let v normálním prostředí; v náročných podmínkách (vysoká teplota/vlhkost) se zkrátí na roky.

FR4 má modul pružnosti v ohybu ~100-200 MPa, což je mnohem méně než u flexibilních desek plošných spojů. Zvyšující se tloušťka zvyšuje odolnost proti namáhání.

FR4 (epoxid ze skelných vláken), fenolová pryskyřice, epoxidová pryskyřice; PTFE pro speciální vysokofrekvenční aplikace.

Dobrá elektrická izolace, mechanické vlastnosti a rozměrová stabilita. CTE: 13-17 ppm/℃. Nízké náklady a vyzrálé procesy.

Nízká teplota rozkladu (120–150 °C), náchylnost k delaminaci během pájení, špatné elektrické/mechanické vlastnosti, vysoký součinitel tepelné roztažnosti a zápach.

Vytváří vodivé stopy pro průchod proudu. Běžné tloušťky: 0,5 oz (17 μm), 1 oz (35 μm), 2 oz (70 μm). Silné fólie pro aplikace s vysokým proudem.

Izoluje, aby se zabránilo zkratům, chrání měď před oxidací a fyzickým poškozením a rozlišuje oblasti barvou (např. zelená, modrá).

Tiskne znaky/symboly pro identifikaci součástek během výroby a ladění. Běžná barva: bílá; také šedá, červená, černá, žlutá atd.

FR4: Nízké náklady pro všeobecné použití. Vysokofrekvenční materiály (např. PTFE): Nízké ztráty signálu pro 5G. Keramické substráty: Vysoká tepelná vodivost pro aplikace s vysokými teplotami.

Zvažte elektrické (vysoká frekvence/vysoké napětí), mechanické (vibrace), teplotu a náklady. Pro spotřební elektroniku použijte FR4, pro vysoké frekvence PTFE a pro vysoké teploty keramiku.

RoHS: Omezuje nebezpečné látky (olovo, rtuť atd.). Bez halogenů: Br/Cl

Materiály s nízkým součinitelem tepelné roztažnosti (CTE) zlepšují rozměrovou stabilitu. Vysoká tepelná vodivost zvyšuje odvod tepla. Vysoce výkonné izolanty snižují ztráty signálu, což umožňuje miniaturizaci a vysoký výkon.

Integrita signálu (přizpůsobení impedance, antireflexní/přeslechová úprava), distribuce energie, uzemnění a proudová zatížitelnost.

Zkraťte signálové trasy, minimalizujte prostupy. Používejte diferenciální páry pro vysokorychlostní signály a řídicí impedanci. Napájecí/uzemňovací roviny s plnou mědí. Oddělovací moduly pro zamezení rušení. Šířka vedení založená na proudu.

Velikost se odvíjí od tloušťky/proudu (silnější desky potřebují větší propojovací otvory). Minimalizujte počet propojovacích otvorů. Pro vysokorychlostní signály je nutné provést zpětné vrtání k odstranění pahýlů.

Přizpůsobení impedance zdroje, přenosového vedení a zátěže pro snížení odrazu. Dosaženo řízením šířky vedení, rozteče, dielektrické tloušťky a permitivity (např. šířka 0,33 mm pro mikropáskový vodič 50 Ω na FR4).

Oddělovací komponenty; udržujte citlivé součásti v dostatečné vzdálenosti od zdrojů šumu. Napájecí/zemnící roviny ve vícevrstvých deskách pro stínění. Zemnící roviny kolem vysokorychlostních signálů. Oddělovací kondenzátory; optimalizované uzemnění.

Funkční rozdělení, oddělení komponent citlivých na teplo, umístění vysokofrekvenčních komponent blízko sebe, upřednostnění velkých komponent a zajištění snadné instalace/údržby.

Sousední napájecí a zemnící roviny pro snížení indukčnosti. Napěťové propojení s průchozími spoji. Plná měď pro napájecí roviny; zesílení drah pro vysoký proud.

Tepelné průchodky a měděné plochy pod horkými součástkami. Substráty s vysokou tepelnou vodivostí. Návrh proudění vzduchu; v případě potřeby přidejte chladiče/ventilátory.

Poloha otvoru: ±0,1 mm. Pokovené průchodky: ±0,076 mm. Nepokovené průchodky: ±0,05 mm. Šířka čáry: ±10 % – 20 %.

Altium Designer (vhodný pro malé až střední návrhy), Cadence Allegro (vysokorychlostní vícevrstvý design), Mentor PADS (uživatelsky přívětivý a efektivní).

Panelizování → Vrtání → Nanášení mědi → Zobrazování → Pokovování → Leptání → Pájecí maska ​​→ Sítotisk → Povrchová úprava → Profilování.

Problémy: Drsné stěny, otřepy, zlomené vrtáky. Řešení: Výměna vrtáků, optimalizace rychlosti/posuvu, kontrola materiálů.

Úloha: Zvyšování vodivosti stěn otvorů pro spojení vrstev. Kontroly: Složení roztoku, teplota (25–35 °C), pH (11–12), čistota před úpravou.

Fotolitografie: Vysoká přesnost pro HDI, vysoké náklady a složitost. Sítotisk: Nízké náklady/jednoduché vybavení, nižší přesnost.

Řízení pomocí hustoty proudu, doby pokovování a koncentrace roztoku. Např. 1 oz (35 μm) vyžaduje 20–30 minut při 2–3 A/dm².

Kontrolujte koncentraci leptadla, teplotu, čas a tlak stříkání a pravidelně udržujte zařízení. Vysoká koncentrace může způsobit nadměrné leptání, zatímco nízká koncentrace vede k neúplnému leptání. Udržujte teplotu na 45–55 °C, určete čas na základě tloušťky desky atd. a zajistěte rovnoměrný tlak pro plný kontakt.

Rovnoměrně pokryjte obvod bez vynechání tisku, dírek nebo bublin. Tloušťka oleje na měděném povrchu: 10–18 μm, prostupy: 5–8 μm. Vhodná vzdálenost od okrajů obvodu, aby se zabránilo nadměrnému pokrytí kontaktních plošek nebo riziku zkratu.

Znaky by měly být jasné, úplné, s dobrým barevným kontrastem, přesně umístěné bez blokování klíčových oblastí a měly by mít silnou přilnavost (vyberte vhodné inkousty a procesy vytvrzování).

HASL: Nízké náklady, dobrá pájitelnost, omezená rovinnost. ENIG: Hladký povrch, dobrá pájitelnost a odolnost proti korozi, vysoké náklady. Imerzní cín: Dobrá pájitelnost, hladký povrch, skladovatelnost. OSP: Nízké náklady, jednoduchý proces, krátká doba uchování pájitelnosti.

Mechanické řezání (vysoká přesnost, vhodné pro složité velké rozměry). Děrování (vysoká účinnost, vhodné pro běžnou hromadnou výrobu). Řezání laserem (extrémně vysoká přesnost, vysoké náklady, vhodné pro jemné malé série). Vyberte na základě tvaru, přesnosti, velikosti série a nákladů.

Po vyříznutí zkontrolujte rozměry/tloušťku. Po vyvrtání zkontrolujte polohu, velikost a stěnu otvoru. Po pokovení zkontrolujte tloušťku/rovnoměrnost mědi. Po leptání zkontrolujte integritu obvodu. Zkontrolujte kvalitu tisku pájecí masky/znaků. Po povrchové úpravě zkontrolujte tloušťku/přilnavost povlaku. Po odlití zkontrolujte tvar/hrany.

Používejte testery s létajícími sondami nebo zařízení ICT. Létající sonda je vhodná pro malé série/varianty, detekci přerušení/zkratů atd. ICT je určena pro hromadnou výrobu, kompletní testování elektrických vlastností pomocí speciálních přípravků.

Detekce propojení, dutin a integrity mědi ve vícevrstvých deskách. Nedestruktivní kontrola pájených spojů BGA a vnitřních vad (cizí tělesa, delaminace).

Sbírejte snímky pomocí optických kamer a porovnávejte je se standardy pro detekci vad, jako jsou chybějící součástky, špatné zarovnání, zkraty. Používá se při kontrole v reálném čase po tisku, umístění a pájení reflow pro zvýšení efektivity a kvality.

Zkouška ohybem (pozorování trhlin při specifikovaných úhlech/cyklech). Zkouška pádem (simulace nárazů). Vibrační zkouška (simulace vibrací pro kontrolu pájení a struktury).

Dle normy IPC-4552 je ENIG vhodný pro vysokou frekvenci/vysokou spolehlivost (Ni: 3–5 μm, Au: 0,05–0,1 μm). OSP je levný (tloušťka filmu: 0,2–0,5 μm, vhodný pro krátkodobé skladování). HASL je zralý (tloušťka Sn > 2,5 μm, špatná rovinnost).

Upravte koncentraci roztoku (kyselé leptadlo: CuCl₂ 180–220 g/l, HCl 1,0–1,5 mol/l), teplota 50–55 °C. V případě nadměrného nedostatečného leptání snižte rychlost a zvyšte tlak stříkání na 2–3 bary.

Dle IPC-6012, obecné vícevrstvé desky ≤75 μm, desky HDI ≤50 μm. Přesnost polohování laserového vrtání ±25 μm, řízeno vysoce přesnými osvitovými stroji.

Materiál FR-4: podélná pevnost ≥345 MPa, příčná pevnost ≥276 MPa (ASTM D790). Tloušťka 1,6 mm ≥300 MPa.

Metalografické řezy (IPC-TM-650, průchozí otvor ≥20 μm, slepý/zapuštěný otvor ≥18 μm). Nedestruktivní zkoušení XRF (přesnost ±0,5 μm).

Předehřev: 90–130 °C (60–120 s). Pájecí zóna: 240–260 °C (kontakt 2–4 s). Rychlost ochlazování: 3–6 °C/s (J-STD-003).

Konvenční: 15–30 μm (IPC-6012), husté oblasti ≥20 μm. Sítotisk: 20–25 μm, vytvrzování světlem: 15–20 μm.

Konvenční: 6/6 mil (0,1524 mm). LDI + chemické leptání: 3/3 mil (0,0762 mm). HDI desky: 1/1 mil (0,0254 mm).

Pro vodivost zvolte pryskyřičnou výplň (hloubka ≥80 % hloubky, chyba rovinnosti ≤10 μm). Pouze pro izolaci zvolte krytí (šířka krytí ≥0,1 mm).

Dle normy IPC-J-STD-033 se pečte při teplotě 125 °C po dobu 4–8 hodin (≤1,6 mm: 4 hodiny, ＞1,6 mm: 8 hodin), aby se obsah vlhkosti snížil pod 0,1 %.

Vyšší drsnost zvyšuje skin efekt a ztráty signálu. RTF fólie Ra 10 GHz). VLP fólie Ra

Odjehlování kartáčováním strojně (tlak 0,3-0,5 MPa, rychlost 2-3 m/min). Chemické mikroleptání (persíran sodný 100-150 g/l, 40-50 °C, 1-2 min).

Obecné: jednostranný ±10 %, diferenciální ±8 %. Vysokorychlostní (>1 Gb/s): jednostranný ±5 %, diferenciální ±3 %, nastavitelné šířkou vodiče, tloušťkou dielektrika, tloušťkou mědi.

Dle UL 796, materiál FR-4 ≥1400 V/mm při 25 °C/50 % relativní vlhkosti. Povrchová dráha 1 mm odpovídá 100–200 V.

Minimální šířka/rozteč čáry, poměr průměru otvoru/plošky (ploška ≥ otvoru +0,4 mm při otvoru ≥0,3 mm), poměr plochy mědi (30 % – 70 %), poměr stran vrtáku (≤ 8:1), šířka můstku pájecí masky (≥ 0,1 mm).

Příčiny: Neshoda CTE, nerovnoměrná tloušťka, nesprávná teplotní křivka. Řešení: Vyberte materiály s CTE ≤15 ppm/℃, kontrolujte toleranci tloušťky ±0,05 mm, optimalizujte rychlost ohřevu ≤3℃/s.

Dle IPC-TM-650, ≥10¹⁰Ω po 168 hodinách při 85 ℃/85 % relativní vlhkosti, ≥10¹²Ω pro špičkové aplikace vyžadující kontrolu čistoty povrchu.

Slepé průchodky: Laserové/mechanické vrtání + pokovování, hloubka ≤0,5 mm, pro povrchové propojení. Zapuštěné průchodky: Mechanické vrtání + laminování, vyžadující zarovnání, pro signály z vnitřní vrstvy za účelem snížení parazitních parametrů.

Letící sonda: Pokrytí >98 %, vhodná pro malé dávky/vysokou hustotu, pomalá (3–5 s/bod). Hřebíkové lůžko: Rychlá (

Každé zvýšení o 35 μm (1 oz) zvyšuje tepelnou vodivost o 38 %. Fólie o tloušťce 85 g (3 oz) ve vysoce výkonných aplikacích snižuje nárůst teploty o 15–20 % u tepelných prostupů.

Konvenční: 0,1 mm. Desky s vysokou hustotou s LDI: 0,075 mm, zabraňují pájení a přemostění.

Nerovnoměrné pájení na ploškách, nedostatečné pájení, nerovný povrch. Kontrolní pájení