แผงวงจรทำมาจากอะไร? คู่มือผู้ผลิต PCB สำหรับวัสดุบอร์ด

ถามวิศวกรส่วนใหญ่ว่าแผงวงจรทำมาจากอะไร คำตอบคงตอบได้คำเดียวว่า ไฟเบอร์กลาส คำตอบนั้นถูกต้อง แต่ครอบคลุมเฉพาะชั้นแรกของเรื่องที่ยาวกว่าเท่านั้น แผงวงจรพิมพ์คือกองวัสดุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างพิถีพิถัน และแต่ละชิ้นจะต้องเข้ามาแทนที่ สารตั้งต้นช่วยให้ตัวบอร์ดและเป็นฉนวนไฟฟ้า ทองแดงนำกระแสไฟฟ้า หน้ากากประสานช่วยปกป้องพื้นผิว และการเคลือบขั้นสุดท้ายทำให้ทองแดงสามารถบัดกรีได้นานหลายปี

เราผลิตบอร์ดที่โรงงาน Guangde ของเรามาตั้งแต่ปี 2013 ตั้งแต่แผงด้านเดียวธรรมดาไปจนถึงแผง 32 ชั้น ดังนั้นเราจึงมีแนวโน้มที่จะตอบคำถามนี้ในแบบที่ผู้ผลิตทำ คำถามที่แท้จริงไม่ใช่ว่า PCB ทำมาจากอะไรโดยทั่วไป แต่อยู่ที่การผสมผสานระหว่างวัสดุที่จะคงอยู่ต่อสภาพแวดล้อมของผลิตภัณฑ์ของคุณตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวัง

ส่วนประกอบหลักของแผงวงจร

ขจัดศัพท์เฉพาะออกไปและแทบทุกบอร์ดถูกสร้างขึ้นจากรายการวัสดุสั้นๆ ที่เหมือนกัน:

• พื้นผิว: ฐานฉนวน มักจะทอด้วยไฟเบอร์กลาสที่เชื่อมด้วยอีพอกซีเรซิน
• ฟอยล์ทองแดง: เคลือบบนพื้นผิวและแกะสลักเป็นรอย แผ่นรอง และระนาบ
• การชุบ: ทองแดง และบางครั้งดีบุกหรือทอง สะสมอยู่ในรูเจาะเพื่อเชื่อมชั้นต่างๆ
• หน้ากากประสาน: การเคลือบสีที่ครอบคลุมทุกอย่าง ยกเว้นแผ่นอิเล็กโทรดที่คุณต้องการบัดกรี
• ซิลค์สกรีน: คำอธิบายที่พิมพ์ออกมาซึ่งระบุส่วนประกอบและตัวระบุอ้างอิง
• การตกแต่งพื้นผิว: ชั้นโลหะหรืออินทรีย์บาง ๆ ที่จะหยุดยั้งทองแดงที่ถูกเปิดเผยจากการเกิดออกซิไดซ์

วัสดุแต่ละชนิดสามารถเปลี่ยน อัปเกรด หรือเพิ่มความหนาได้ และการเปลี่ยนทดแทนทุกครั้งจะเปลี่ยนแปลงต้นทุน ความสามารถในการผลิต และความน่าเชื่อถือของภาคสนามไปพร้อมๆ กัน

วัสดุพิมพ์: ผ้าแก้ว เรซิน และทางเลือกอื่น

มาตรฐาน FR-4 เริ่มต้นด้วยผ้าใยแก้วทอ ผ้าถูกชุบด้วยอีพอกซีเรซินและบ่มบางส่วนให้เป็นแผ่นที่เรียกว่าพรีเพก จากนั้นจึงวางซ้อนกันและกดด้วยความร้อนและความดันจนกระทั่งเรซินไหลและแข็งตัว ผลลัพธ์ที่ได้คือมีความแข็ง มีเสถียรภาพในมิติ และเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม กระจกให้ความแข็งแรงเชิงกล ในขณะที่เรซินจะกำหนดพฤติกรรมทางไฟฟ้าและความร้อน

จากจุดเริ่มต้นนั้น ครอบครัวแตกแขนงอย่างรวดเร็ว:

• FR-4 ในเกรดมาตรฐาน Tg สูง และไร้ฮาโลเจน สิ่งสำคัญของอุตสาหกรรม
• CEM-1 และ ซีอีเอ็ม-3 คอมโพสิตอีพอกซีที่มีแกนแก้วไม่ทอสำหรับผลิตภัณฑ์ที่คำนึงถึงต้นทุน
• FR-1 และ FR-2 ลามิเนตแบบกระดาษที่ใช้ในบอร์ดหน้าเดียวราคาประหยัดมาก
• ฟิล์มโพลีอิไมด์ ฐานที่ยืดหยุ่นสำหรับ FPC และการออกแบบแบบโค้งงอที่ต้องโค้งงอ
• ลามิเนต PTFE และไฮโดรคาร์บอนที่เติมเซรามิก เลือกเมื่อสัญญาณสูญเสียต้องคงอยู่ที่ความถี่กิกะเฮิรตซ์ต่ำ

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในระบบเรซินมากกว่าทองแดง อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว อุณหภูมิการสลายตัว ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก และการดูดซับความชื้น ล้วนมาจากเคมีของลามิเนต

OSP PCB สองด้าน PCB FR4 ใช้ซับสเตรตไฟเบอร์กลาสอีพอกซีเรซิน ซึ่งมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูง และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า พวกเขา... ดูผลิตภัณฑ์ →

บอร์ด FR-4 สองด้านที่มีการเคลือบ OSP คือตัวอย่างที่ใช้ในชีวิตประจำวัน: ลามิเนตมาตรฐาน ความหนามาตรฐาน และการเคลือบที่เหมาะกับการบัดกรีแบบรีโฟลว์ปริมาณสูงโดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุน

ทองแดง: ส่วนที่นำกระแส

ทองแดงเป็นส่วนประกอบสำคัญอันดับสอง ฟอยล์ระบุตามน้ำหนัก และการแปลงก็คุ้มค่าแก่การจดจำ ทองแดง 1 ออนซ์ที่กระจายอยู่บนตารางฟุตมีความหนาประมาณ 35 ไมครอน การออกแบบดิจิทัลระดับละเอียดมักใช้บนฟอยล์ขนาดครึ่งออนซ์หรือหนึ่งออนซ์ พาวเวอร์บอร์ดเพิ่มขึ้นสูงสุด 2 ออนซ์ และงานทองแดงหนักหนาถึง 3 ออนซ์และมากกว่านั้น

ทองแดงปรากฏในสถานที่มากกว่าร่องรอยที่มองเห็นได้ ในระหว่างการผลิต ทองแดงเพิ่มเติมจะถูกชุบด้วยไฟฟ้าเข้าไปในทุกรูที่เจาะเพื่อสร้างผนังถังที่ต่อเนื่องกัน และชั้นด้านนอกจะถูกชุบด้วยลวดลายก่อนทำการแกะสลัก คุณภาพของการเคลือบนั้น ไม่เพียงแต่ความหนาเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวกำหนดว่า via จะยังคงหมุนเวียนตามความร้อนซ้ำๆ หรือไม่

เมื่อความต้องการในปัจจุบันเพิ่มขึ้น คำตอบมักจะเป็นทองแดงมากกว่าพื้นที่บอร์ดมากขึ้น โครงสร้างทองแดงหนักจะกระจายโหลดไปทั่วชั้นใน ซึ่งช่วยควบคุมอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นให้อยู่ภายใต้การควบคุมโดยไม่ต้องใช้แผงระบายความร้อนภายนอก

ทองแดง 14 ชั้น PCB ทองแดงหนาใช้ฟอยล์ทองแดงหนาพิเศษตั้งแต่ 3 ออนซ์ถึง 20 ออนซ์ มีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าเป็นพิเศษ (มากกว่า 100A) และทนต่ออุณหภูมิสูง ... ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อไฟเบอร์กลาสเป็นทางเลือกที่ผิด

FR-4 ตอบคำถามส่วนใหญ่ แต่ตระกูลวัตถุสามตระกูลเข้ามาแทนที่เมื่อไม่สามารถทำได้

แผงแกนโลหะและแกนทองแดง

อลูมิเนียมถูกใช้เป็นฐานเมื่อความร้อนต้องออกจากบอร์ดอย่างรวดเร็ว ชั้นไดอิเล็กทริกบาง ๆ ถูกเชื่อมเข้ากับอะลูมิเนียม โดยมีการสลักวงจรทองแดงไว้ด้านบน และแผ่นรองโลหะทำหน้าที่เป็นตัวกระจายความร้อน รุ่นแกนทองแดงก้าวไปไกลกว่านั้น โดยรองรับความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่สูงมากในไฟ LED มอเตอร์ขับเคลื่อน และการแปลงพลังงาน แม้ว่าชั้นอิเล็กทริกจะบางแต่ก็ยังต้องกักแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานเต็มที่ ดังนั้นความหนาและค่าการนำความร้อนจึงเป็นตัวเลขสองตัวที่ควรตรวจสอบก่อน

PCB อะลูมิเนียมด้านเดียว พื้นผิวโลหะใช้อะลูมิเนียม ทองแดง และโลหะอื่นๆ เป็นชั้นนำความร้อนหลัก ฉนวนอิเล็กทริกแบบพิเศษให้การกระจายความร้อนที่เหนือกว่า... ดูผลิตภัณฑ์ →

พื้นผิวเซรามิก

อลูมินาและอะลูมิเนียมไนไตรด์นำความร้อนซึ่งไม่มีโพลีเมอร์ลามิเนตใดเทียบได้ พร้อมด้วยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนใกล้เคียงกับซิลิคอน ปรากฏในโมดูล LED กำลังสูง ระยะกำลัง RF และเซ็นเซอร์ที่ต้องทำงานต่อไปภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในวงกว้าง

ฟิล์มยืดหยุ่น

โพลีอิไมด์ใช้แทนผ้าแก้วเมื่อบอร์ดต้องโค้งงอ ใช้กฎทองแดงและกฎการตกแต่งเดียวกัน เฉพาะการเปลี่ยนแปลงฐานเท่านั้น และกฎการจัดการระหว่างการประกอบด้วย

หน้ากากประสาน ซิลค์สกรีน และการตกแต่งพื้นผิว

หน้ากากประสานเป็นการเคลือบแบบอีพอกซีซึ่งทาบนกระดานแล้วจึงบ่ม โดยจะหยุดการบัดกรีไม่ให้เชื่อมระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด ป้องกันทองแดงที่อยู่ด้านล่างจากความชื้นและการปนเปื้อน และทำให้บอร์ดมีสีที่คุ้นเคย สีเขียวเป็นสีแบบดั้งเดิมเนื่องจากมีประวัติยาวนานที่สุดในการถ่ายภาพและการตรวจสอบ แต่ในปัจจุบันสีดำ สีน้ำเงิน สีแดง และสีดำด้านถือเป็นสีประจำ หมึกซิลค์สกรีนจะถูกพิมพ์ที่ด้านบนของมาส์กเพื่อทำเครื่องหมายการอ้างอิงส่วนประกอบและขั้วไฟฟ้า และแม้ว่าจะไม่มีกระแสไฟ แต่ก็เป็นสิ่งแรกที่ผู้ประกอบชิ้นส่วนต้องพึ่งพา

การตกแต่งพื้นผิวถือเป็นการตัดสินใจเลือกวัสดุครั้งสุดท้ายและเป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดประการหนึ่ง การปรับระดับการบัดกรีด้วยลมร้อนเป็นตัวเลือกที่มีต้นทุนต่ำ OSP เป็นแบบออร์แกนิกและจางหายไปหลังจากการรีโฟลว์ไม่กี่ครั้ง และ ENIG หรือเงินแช่จะให้พื้นผิวเรียบสำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะพิทช์ละเอียด เมื่อมีการเสียบและถอดบอร์ดซ้ำๆ ทองคำแข็งคือคำตอบ ผิวเคลือบทั้งหมดของเรามีจำหน่ายในเวอร์ชันไร้สารตะกั่ว

ข้อมูลสรุปเกี่ยวกับวัสดุแผงวงจร

ตารางด้านล่างสรุประบบวัสดุที่เราสร้างบ่อยที่สุดและส่วนประกอบแต่ละอย่าง

แอปพลิเคชันจะเลือกวัสดุอย่างไร

การเลือกใช้วัสดุไม่ค่อยเป็นทางเลือกฟรี มันเป็นไปตามสภาพแวดล้อมที่บอร์ดจะอาศัยอยู่

สินค้าอุปโภคบริโภคและเครื่องใช้ไฟฟ้า

ในกรณีที่ต้นทุนมีชัยเหนือ มาตรฐาน FR-4 หรือ CEM-3 ที่มีการเคลือบ HASL หรือ OSP ก็เพียงพอแล้ว

การควบคุมยานยนต์และอุตสาหกรรม

การสั่นสะเทือน การหมุนเวียนด้วยความร้อน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน ผลักดันการออกแบบไปสู่ลามิเนตที่มี Tg สูง ทองแดงที่หนาขึ้น และการเคลือบเช่น ENIG ที่รอดจากการไหลซ้ำหลายครั้ง

การออกแบบกำลังและความถี่สูง

การจัดการระบายความร้อนและความสมบูรณ์ของสัญญาณมีความสำคัญเป็นอันดับแรก ซึ่งหมายความว่าวัสดุที่มีแกนโลหะ เซรามิก หรือ PTFE แทนที่จะเป็นแผ่นกระจกที่หนาขึ้น

หากคุณไม่แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ของคุณอยู่ที่ใด ให้ลองดูว่าบอร์ดที่คล้ายกันนี้ถูกสร้างขึ้นมาอย่างไรจึงจะช่วยได้ คุณสามารถเรียกดูได้ พื้นที่การใช้งานที่เราสนับสนุน เพื่อดูการผสมผสานวัสดุที่พิสูจน์แล้วในแต่ละเซ็กเมนต์

หมายเหตุเชิงปฏิบัติจาก Shop Floor

บางสิ่งที่เราแจ้งลูกค้าที่กำลังเลือกวัสดุเป็นครั้งแรก:

1. เลือกพื้นผิวก่อนที่เค้าโครงจะถูกแช่แข็ง เนื่องจากรูปทรงของแผ่นรองและการกางเต็นท์ขึ้นอยู่กับมัน
2. จับคู่น้ำหนักทองแดงกับกระแสไฟ ไม่ให้ติดเป็นนิสัย เนื่องจากทองแดงขนาดใหญ่จะทำให้การกัดยากและต้นทุนเพิ่มขึ้น
3. สอบถามเกี่ยวกับ Tg ตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากลามิเนตที่มี Tg สูงมีราคาสูงกว่าเล็กน้อยและขจัดความล้มเหลวในสนามทุกประเภท
4. ยืนยันการวาดแบบสแต็กอัพก่อนปล่อย เนื่องจากความล่าช้าส่วนใหญ่เริ่มต้นจากเลเยอร์ที่ขาดหายไปหรือคลุมเครือ

หากคุณต้องการดูให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นว่าตัวเลือกลามิเนต น้ำหนักทองแดง และการเคลือบมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร คำแนะนำของเรา การเลือกวัสดุ FR-4, RF และแกนโลหะ เดินผ่านการเปรียบเทียบโดยละเอียดยิ่งขึ้น

แผงวงจรทำมาจากอะไร? ผ้าแก้วและอีพอกซีเรซิน ฟอยล์ทองแดงและถังชุบ หน้ากากประสาน ตำนานที่พิมพ์ออกมา และการตกแต่งขั้นสุดท้ายที่ทำให้สามารถบัดกรีได้ทั้งหมด ส่วนที่น่าสนใจไม่ใช่รายการ แต่เป็นวิธีการจับคู่วัสดุเหล่านั้นกับงาน หาคู่ที่เหมาะสมและคณะกรรมการก็ทำงานอย่างเงียบๆ มาเป็นเวลาหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้น