Толщина печатной платы определяет общую высоту печатной платы, измеряемую от ее верхней поверхности до нижней, включая все слои, из которых состоит печатная плата. Эти слои включают в себя слой подложки, один или несколько слоев меди, слои препрега, слой паяльной маски и слой шелкографии. Толщина печатной платы значительно влияет на ее механическую прочность, тепловые характеристики, электрические свойства и технологичность. В этом блоге мы подробно рассмотрим факторы, которые следует учитывать при определении толщины печатной платы. Читайте дальше, чтобы узнать больше!
Что следует учитывать при определении толщины печатной платы?
Факторы проектирования
1. Вес компонентов и механические нагрузки
Толщина печатной платы может сильно повлиять на ее механическую прочность. Более толстые печатные платы обладают лучшей устойчивостью к физическим нагрузкам и вибрации. В целом, они более прочные и долговечные, а также менее подвержены деформации или изгибу. Кроме того, более толстая плата может служить надежной платформой для размещения многочисленных и относительно тяжелых компонентов, особенно в конструкциях с высокой плотностью. Если на вашей плате необходимо установить компоненты высокой мощности или несколько радиаторов, рассмотрите возможность использования более толстой печатной платы. Чем толще печатная плата, тем она тяжелее и менее гибкая. Таким образом, необходимо найти баланс с другими факторами.
2. Тепловое управление и мощность
По сравнению с более тонкой печатной платой, более толстая имеет большую тепловую массу, что приводит к более эффективному отводу тепла. В мощных или компактных устройствах накопление тепла является серьезной проблемой, которая может повлиять на стабильную работу. Кроме того, увеличение толщины меди до 2, 3 унций или более также может значительно улучшить управление тепловым режимом.
3. Целостность сигнала и требования к высокой частоте
В высокоскоростных и высокочастотных конструкциях на импеданс могут влиять толщина диэлектрика, диэлектрическая проницаемость (Dk), толщина меди и ширина дорожки. Чем толще плата, тем больше расстояние между дорожкой и опорным слоем, что приводит к более высокому импедансу. Для обеспечения передачи сигнала без отражения или искажения необходимо поддерживать постоянный и контролируемый импеданс на всем пути прохождения сигнала.
4. Ограничения по размеру, весу и пространству
Толщина печатной платы часто ограничивается габаритами корпуса конечного продукта. Для компактных устройств, таких как смартфоны, планшеты и носимые устройства, идеальным вариантом обычно является более тонкая печатная плата. Поскольку она легче и более гибкая, она снижает вес и занимает меньше места. Если пространство не является ограничением, рассмотрите возможность использования более толстой платы. Она более прочная и долговечная, но также тяжелее и занимает больше места.
5. Количество слоев и сложность сборки
В многослойной печатной плате с увеличением количества слоев увеличивается и общая толщина печатной платы. Например, простая двухсторонняя печатная плата будет намного тоньше сложной печатной платы HDI с 12 или более слоями. Расположение слоев, то есть конкретное расположение медных слоев, слоев препрега и слоя подложки, также влияет на конечную толщину печатной платы. Кроме того, печатная плата часто будет толще, чем больше в ней слоев меди.
6. Толщина меди и токонесущая способность
Толщина меди является ключевым фактором при измерении токопроводности и теплоотдачи дорожек, а также напрямую влияет на толщину печатной платы. Стандартная толщина меди составляет 1 унция/фут², но для высокомощных приложений может потребоваться более толстая медь. Тяжелые медные печатные платы с весом меди 2 или 3 унции могут проводить больший ток без перегрева.
Факторы производства
1. Проблемы и ограничения процесса
Травление: чем толще слой меди, тем дольше время травления и тем сильнее должен быть травитель, чтобы удалить излишки меди. Однако длительное время травления увеличивает риск чрезмерного или недостаточного травления, что может повлиять на точность схемы.
Сверление: чем толще печатная плата, тем большее расстояние должно пройти сверло, чтобы просверлить сквозное отверстие. Одновременно сверло испытывает более высокое сопротивление резанию, что увеличивает риск поломки и потенциально снижает точность отверстия. Поэтому часто требуются специальные сверла, оптимизированные параметры сверления и даже более совершенные методы сверления.
Процесс ламинирования: Ламинирование — это процесс соединения нескольких слоев медной фольги и изоляционного материала под высокой температурой и давлением. По сравнению со стандартными печатными платами, более толстые печатные платы могут потребовать более длительного ламинирования и большего давления для достижения прочного соединения. Это также увеличивает риск дефектов, таких как расслоение или деформация печатной платы.
2. Доступность материалов и сроки поставки
Для стандартных печатных плат большинство производителей имеют запас материалов, и их поставки являются достаточными. Это означает, что не будет задержек в закупке материалов, что поможет сократить цикл доставки. Для нестандартной толщины печатных плат производителю может потребоваться заказать специальные материалы для сердечника и препрега.
3. Сборка и пайка
Более толстые печатные платы требуют более высоких температур пайки и более длительного времени нагрева для обеспечения надлежащего соединения паяных соединений. Длительное воздействие высоких температур значительно увеличивает риск термического повреждения, что может привести к повреждению прецизионных компонентов или нарушению структурной целостности печатной платы.
4. Техника разделения печатных плат
Депанелизация — это процесс отделения отдельных печатных плат от большей панели печатных плат. Более толстые печатные платы могут потребовать фрезерования или фрезерования выступов, в то время как более тонкие печатные платы можно отделить с помощью V-образной насечки, лазерной резки, штамповки и т. д. Правильные методы депанелизации сводят к минимуму физическое воздействие на печатные платы и предотвращают повреждения во время процесса депанелизации.
Всегда ли стандартная толщина печатной платы является правильным выбором?
1,57 мм — это наиболее часто используемая толщина печатной платы, которая широко считается отраслевым стандартом. Ниже приведены три основные причины.
- Достижение хорошего баланса между механической прочностью и весом. Печатная плата достаточно прочная, чтобы выдерживать как производство, так и эксплуатацию.
- Совместим с большинством компонентов со сквозными отверстиями. Если печатная плата толще, выводы могут оказаться недостаточно длинными.
- Простота производства. Легко обрабатывается и не повреждается, а толщина печатной платы не создает проблем в процессе производства.
Хотя 1,57 мм является стандартной толщиной печатной платы и подходит для большинства применений, существуют и другие варианты. Ниже приведены различные толщины печатных плат с уникальными характеристиками, благодаря которым они подходят для различных устройств.
| Характеристика | Ультратонкие печатные платы | Печатные платы средней толщины | Толстые печатные платы |
| Диапазон толщины | Менее 0,6 мм | От 0,6 до 1,6 мм | Выше 1,6 мм |
| Характеристики | ▪ Чрезвычайно тонкая
▪ Отличная гибкость, легко сгибается ▪ Низкая механическая прочность |
▪ Сбалансированная прочность и гибкость
▪ Возможность производства по стандартной технологии ▪ Достаточная электрическая изоляция |
▪ Отличная механическая прочность
▪ Улучшенное тепловое управление ▪ Низкая гибкость |
| Общие области применения | ▪ Носимые устройства
▪ Медицинские имплантаты ▪ Гибкие дисплеи ▪ Дроны |
▪ Смартфоны
▪ Планшеты ▪ Ноутбуки |
▪ Автомобильная электроника
▪ Аэрокосмическая электроника ▪ Промышленные управляющие печатные платы |
Как определить правильную толщину печатной платы: практическая схема из 3 шагов
Шаг 1: Определите сценарий использования устройства
Тщательно изучите условия конечного использования ваших электронных продуктов. Основная дилемма заключается в следующем: выбрать тонкий и гибкий дизайн или прочный и долговечный? Для обычных электронных устройств может быть достаточной толщина печатной платы 0,6–1,6 мм. Для портативных устройств необходимо минимизировать размер и вес. В то же время для промышленных применений, содержащих компоненты высокой мощности, могут потребоваться печатные платы большей толщины.
Шаг 2: Проанализируйте требования к компонентам и характеристикам
Следующим шагом является оценка веса, размера и энергопотребления компонентов, которые будут впоследствии установлены на плате. Более тяжелые или мощные компоненты могут потребовать более толстой печатной платы для обеспечения механической поддержки и отвода тепла. Кроме того, необходимо учитывать требования к характеристикам приложения, такие как электрические характеристики, механические характеристики, тепловые характеристики и т. д.
Шаг 3: Оценка стоимости и технологичности
Наконец, оцените влияние выбранной толщины печатной платы на стоимость и технологичность. Стандартная толщина печатной платы, несомненно, является наиболее экономичным выбором. Использование более тонких или более толстых плат почти всегда приводит к более высоким затратам на материалы и потенциально более длительным срокам изготовления. Одновременно проверьте производственные возможности производителя печатных плат, включая травление, гальваническое покрытие, сверление, фрезерование, ламинирование и т. д.
Вывод: возможна ли индивидуальная толщина печатной платы?
Конечно! Большинство производителей печатных плат могут обеспечить индивидуальную толщину печатных плат. Конструкторы могут регулировать толщину печатной платы в соответствии с конкретными требованиями применения, чтобы достичь особых характеристик или функциональности, которые не могут быть обеспечены стандартной толщиной печатной платы. Разные производители могут предлагать разные диапазоны индивидуальных толщин.
В зависимости от количества слоев печатной платы, MOKOPCB предлагает различные варианты толщины печатных плат для удовлетворения различных потребностей проектирования. Стандартные толщины включают 0,8 мм, 1,0 мм, 1,2 мм, 1,6 мм и 2,0 мм. Нестандартные толщины включают 0,3 мм, 0,4 мм, 0,6 мм, 2,4 мм, 3,0 мм, 3,2 мм и 5,0 мм. Хотя стандартная толщина 1,57 мм подходит для различных применений, в некоторых случаях лучшим вариантом может быть индивидуальная толщина.
