Produkcja PCB to proces, który wymaga precyzji, dobrego planowania i wiedzy technicznej. Jednym z najistotniejszych etapów całego projektu jest wybór właściwego materiału bazowego. To od niego zależą m.in. parametry pracy układu, jego żywotność, odporność na czynniki zewnętrzne czy stabilność działania. Na rynku dostępna jest szeroka gama materiałów o odmiennych właściwościach i zastosowaniach.
W przypadku układów pracujących w wysokiej temperaturze, przy dużym obciążeniu lub w warunkach podwyższonej wilgotności, dobór odpowiedniego materiału bazowego ma fundamentalne znaczenie. Poniżej przedstawiamy zestawienie najczęściej stosowanych materiałów, ich charakterystykę oraz typowe obszary zastosowań.
Rodzaje materiałów PCB – co warto znać przed wyborem płytki PCB?
Do produkcji płyt PCB wykorzystuje się różne typy laminatów. Najpopularniejszym materiałem bazowym jest żywica epoksydowa wzmocniona włóknem szklanym, oznaczana jako FR4. To najczęściej wybierana opcja w standardowych projektach. Oferuje dobrą równowagę pomiędzy ceną a właściwościami mechanicznymi i elektrycznymi.
Do zastosowań o podwyższonych wymaganiach technicznych warto wybrać laminaty PTFE (politetrafluoroetylenowe), które znakomicie sprawdzają się w układach pracujących na bardzo wysokich częstotliwościach. Charakteryzują się one stabilnością termiczną, wyjątkowo niską stratnością dielektryczną i wysoką precyzją działania. Wymagają jednak większej ostrożności podczas obróbki i należą do zdecydowanie droższych materiałów .
Na osobną uwagę zasługują płytki PCB typu IMS, czyli konstrukcje, w których (najczęściej) warstwę nośną stanowi aluminium. Znakomite właściwości przewodzenia ciepła sprawiają, że doskonale radzą sobie z jego efektywnym odprowadzaniem. Dzięki temu znajdują szerokie zastosowanie w technologii LED, przemyśle motoryzacyjnym oraz w układach o dużej gęstości mocy.
Zastosowanie materiałów laminowanych PCB. Właściwości materiału PCB a środowisko pracy
Dobór materiału zależy w dużej mierze od przeznaczenia układu. Jeśli urządzenie ma działać w skrajnych warunkach, warto zadbać o to, by właściwości materiału PCB odpowiadały wymaganiom projektowym.
Najczęściej stosowane materiały PCB to:
- FR4 – dobra izolacja, odporność termiczna, niska chłonność wilgoci.
- PTFE – wysoka stabilność dielektryczna, świetne parametry przy dużych częstotliwościach, idealne do komunikacji bezprzewodowej.
- CEM-1, CEM-3 – ekonomiczna alternatywa do prostych projektów jednowarstwowych.
- Poliimidowe laminaty – stosowane w elastycznych płytkach PCB, odpornych na zginanie i zmienne temperatury.
- Aluminium i miedź – jako baza dla produkcji aluminiowych płytek.
Folia miedziana tworzy ścieżki przewodzące na powierzchni płytki PCB i odpowiada za przepływ sygnałów oraz zasilania. Jej grubość decyduje o tym, jaki prąd może bezpiecznie popłynąć przez układ, a także wpływa na wytrzymałość mechaniczną ścieżek.
Produkcja PCB i etapy obróbki – czyszczenie, wytrawianie i struktura płytki
Proces produkcji PCB składa się z kilku etapów, które decydują o jakości i niezawodności gotowej płytki. Po wyborze odpowiedniego materiału bazowego następuje laminowanie i naświetlanie, a następnie wytrawianie, czyli usuwanie nadmiaru miedzi w celu uzyskania właściwego układu ścieżek przewodzących.
Kolejnym krokiem jest czyszczenie powierzchni z resztek miedzi i topnika. To właśnie ten etap wpływa na jakość późniejszego lutowania. Na zakończenie płytka pokrywana jest warstwą ochronną (najczęściej HASL lub ENIG), która zabezpiecza ją przed korozją, ułatwia lutowanie i zwiększa trwałość układu.
Zastosowania płyt PCB – jak wybrać materiały PCB do konkretnego projektu?
Zastosowanie płytki PCB w konkretnym projekcie w dużej mierze determinuje wybór materiału bazowego. Warunki pracy układu wpływają na to, która konfiguracja sprawdzi się najlepiej. Nieodpowiednie podłoże może prowadzić do przegrzewania się elementów, niestabilnej pracy lub przedwczesnego zużycia całego układu. Przykładowe konfiguracje to
Elastyczne obwody drukowane
Idealne do urządzeń noszonych, sensorów, modułów w motoryzacji. Wymagają giętkich, odpornych na zginanie laminatów.
Produkcja płytek PCB do LED
Najlepiej sprawdzają się płytki PCB IMS na bazie aluminium. Gwarantują dobre odprowadzanie ciepła.
Wysokie częstotliwości
Tutaj najlepiej wypadają laminaty PTFE, minimalizujące straty sygnału.
Obwody drukowane dla elektroniki użytkowej
Standardowy wybór to FR4, który dobrze sprawdza się w układach codziennego użytku.
W projektach wielowarstwowych, szczególnie ważne jest zachowanie kompatybilności pomiędzy warstwami przewodzącymi a dielektrycznymi. Odpowiedni dobór materiałów i ich rozmieszczenie wpływają na tłumienie sygnału oraz odporność termiczną całej konstrukcji.
Produkcja płytek drukowanych
Proces produkcji PCB zawsze powinien uwzględniać specyfikę danego układu, warunki jego pracy oraz rodzaj przetwarzanych sygnałów. Każdy producent dobiera technologię i materiały indywidualnie, tak aby płytka spełniała zarówno wymagania elektryczne, jak i mechaniczne.
Przy prototypach najczęściej wykorzystuje się standardowe laminaty na bazie FR4, które dobrze sprawdzają się w zastosowaniach testowych oraz przy produkcji krótkoseryjnej. W przypadku produkcji seryjnej (szczególnie gdy układ musi pracować niezawodnie przez długi czas i w wymagających warunkach), warto zastosować materiały o wyższej klasie termicznej, lepszych właściwościach dielektrycznych i większej odporności mechanicznej.
Odpowiednio zaprojektowana struktura warstw oraz świadomy dobór materiałów wpływają zarówno na parametry pracy układu, jak i na przebieg oraz jakość procesu montażu.
Wybór materiałów do PCB ma znaczenie. Postaw na EMS Elektronix
Dobór odpowiedniego materiału to fundament każdego dobrze zaprojektowanego układu PCB. Decyzja ta powinna uwzględniać warunki pracy, zakres częstotliwości, typ sygnałów oraz wymagania montażowe. Każdy materiał bazowy oferuje inne właściwości mechaniczne, termiczne i elektryczne, które mogą przesądzić o niezawodności i trwałości całego rozwiązania.
EMS Elektronix wspiera projektantów i producentów w świadomym wyborze materiałów, dostosowanych do specyfiki danego zastosowania. Doświadczenie, precyzja i elastyczne podejście pozwalają nam tworzyć układy, które sprawdzają się nawet w najbardziej wymagających środowiskach.
Skontaktuj się z nami! Chętnie pomożemy Ci dobrać najlepszy materiał dla Twojego projektu.
