Terbuat dari Apa Papan Sirkuit? Panduan Pembuat PCB untuk Bahan Papan

Tanyakan kepada sebagian besar insinyur terbuat dari apa papan sirkuit dan Anda akan mendapatkan satu jawaban: fiberglass. Jawabannya benar, namun hanya mencakup lapisan pertama dari cerita yang lebih panjang. Papan sirkuit tercetak adalah tumpukan bahan yang dirancang dengan cermat, dan setiap bahan harus mendapat tempatnya. Substrat memberi papan tubuh dan insulasi listriknya, tembaga membawa arus, masker solder melindungi permukaan, dan hasil akhir membuat tembaga dapat disolder selama bertahun-tahun.

Kami telah membuat papan di fasilitas Guangde kami sejak tahun 2013, mulai dari panel satu sisi sederhana hingga tumpukan 32 lapis, jadi kami cenderung menjawab pertanyaan ini seperti yang dilakukan oleh fabrikator. Pertanyaan sebenarnya bukanlah terbuat dari apa PCB secara umum, namun kombinasi bahan apa yang akan bertahan di lingkungan produk Anda selama masa pakainya.

Bahan Inti Papan Sirkuit

Hilangkan jargonnya dan hampir setiap papan dibuat dari daftar bahan yang sama:

• Substrat: dasar insulasi, biasanya anyaman fiberglass yang diikat dengan resin epoksi.
• Foil tembaga: dilaminasi pada substrat dan diukir pada cetakan, bantalan, dan bidang.
• Pelapisan: tembaga, dan terkadang timah atau emas, disimpan di dalam lubang bor untuk menghubungkan lapisan-lapisan tersebut.
• Masker solder: lapisan berwarna yang menutupi semuanya kecuali bantalan yang perlu Anda solder.
• Silkscreen: legenda tercetak yang mengidentifikasi komponen dan penanda referensi.
• Permukaan akhir: lapisan logam tipis atau organik yang mencegah oksidasi tembaga terbuka.

Masing-masing bahan ini dapat ditukar, ditingkatkan, atau dikentalkan, dan setiap penggantian akan mengubah biaya, kemampuan manufaktur, dan keandalan lapangan pada saat yang bersamaan.

Substrat: Kain Kaca, Resin, dan Alternatifnya

Standar FR-4 dimulai dengan kain tenun kaca. Kain tersebut diresapi dengan resin epoksi dan diawetkan sebagian menjadi lembaran yang disebut prepreg, kemudian ditumpuk dan ditekan di bawah panas dan tekanan hingga resin mengalir dan mengeras. Hasilnya kaku, stabil secara dimensi, dan merupakan isolator yang sangat baik: kaca memberikan kekuatan mekanik sedangkan resin menentukan perilaku listrik dan termal.

Dari titik awal itu keluarga bercabang dengan cepat:

• FR-4 dalam kualitas standar, Tg tinggi, dan bebas halogen, pekerja keras di industri.
• CEM-1 dan CEM-3, epoksi komposit dengan inti kaca bukan tenunan untuk produk yang sensitif terhadap biaya.
• FR-1 dan FR-2, laminasi berbahan dasar kertas yang digunakan pada papan satu sisi berbiaya sangat rendah.
• Film polimida, dasar fleksibel untuk FPC dan desain kaku-fleksibel yang perlu ditekuk.
• PTFE dan laminasi hidrokarbon berisi keramik, dipilih ketika kehilangan sinyal harus tetap rendah pada frekuensi gigahertz.

Sebagian besar trade-off penting terjadi pada sistem resin, bukan pada tembaga. Suhu transisi kaca, suhu dekomposisi, konstanta dielektrik, dan penyerapan air semuanya berasal dari kimia laminasi.

PCB OSP Dua Sisi PCB FR4 menggunakan substrat fiberglass resin epoksi, menawarkan kekuatan mekanik yang sangat baik, ketahanan suhu tinggi, dan sifat isolasi listrik. Mereka ... Lihat Produk →

Papan FR-4 dua sisi dengan lapisan OSP adalah contoh sehari-hari: laminasi standar, ketebalan standar, dan lapisan akhir yang sesuai dengan penyolderan reflow volume tinggi tanpa menambah biaya.

Tembaga: Bagian Yang Membawa Arus

Tembaga adalah bahan penting kedua. Foil ditentukan berdasarkan beratnya, dan konversinya patut diingat: satu ons tembaga yang tersebar di satu kaki persegi tebalnya kira-kira 35 mikron. Desain digital dengan nada halus biasanya menggunakan kertas berukuran setengah ons atau satu ons, papan listrik berukuran hingga dua ons, dan pekerjaan tembaga berat mencapai tiga ons atau lebih.

Tembaga muncul di lebih banyak tempat daripada jejak yang terlihat. Selama fabrikasi, tembaga tambahan disepuh ke dalam setiap lubang yang dibor untuk membentuk dinding barel yang berkesinambungan, dan lapisan luarnya dilapisi pola sebelum digores. Kualitas pelapisan tersebut, bukan hanya ketebalannya, menentukan apakah suatu via dapat bertahan dari siklus termal yang berulang.

Ketika permintaan saat ini meningkat, jawabannya sering kali adalah lebih banyak tembaga dibandingkan jumlah dewan direksi yang lebih banyak. Konstruksi tembaga berat menyebarkan beban ke lapisan dalam, sehingga kenaikan suhu tetap terkendali tanpa heat sink eksternal.

Tembaga 14 Lapis PCB Tembaga Tebal menggunakan foil tembaga ultra-tebal mulai dari 3oz hingga 20oz, memiliki kapasitas hantar arus yang luar biasa (lebih dari 100A) dan ketahanan suhu tinggi ... Lihat Produk →

Ketika Fiberglass Adalah Pilihan yang Salah

FR-4 menjawab sebagian besar pertanyaan, namun tiga kelompok materi mengambil alih ketika tidak bisa.

Papan inti logam dan inti tembaga

Aluminium digunakan sebagai alas ketika panas harus meninggalkan papan dengan cepat. Lapisan dielektrik tipis terikat pada aluminium, sirkuit tembaga terukir di atasnya, dan lapisan logam berfungsi sebagai penyebar panas. Versi inti tembaga melangkah lebih jauh, membawa kepadatan arus yang sangat tinggi dalam pencahayaan LED, penggerak motor, dan konversi daya. Meskipun tipis, lapisan dielektrik tersebut masih harus menahan tegangan kerja penuh, sehingga ketebalan dan konduktivitas termalnya adalah dua angka yang patut diperiksa terlebih dahulu.

PCB Aluminium Satu Sisi Substrat logam menggunakan aluminium, tembaga, dan logam lainnya sebagai lapisan inti konduktif termal. Dielektrik isolasi khusus menghasilkan pembuangan panas yang unggul... Lihat Produk →

Substrat keramik

Alumina dan aluminium nitrida menghadirkan konduktivitas termal yang tidak dapat ditandingi oleh laminasi polimer, serta koefisien muai panas yang mendekati silikon. Mereka muncul dalam modul LED berdaya tinggi, tahapan daya RF, dan sensor yang harus terus bekerja melalui perubahan suhu yang luas.

Film fleksibel

Polimida menggantikan kain kaca ketika papan harus ditekuk. Aturan tembaga dan penyelesaian akhir yang sama berlaku, hanya alasnya yang berubah, dan dengan itu aturan penanganan selama perakitan.

Masker Solder, Layar Sutra, dan Penyelesaian Permukaan

Masker solder adalah lapisan berbasis epoksi yang diaplikasikan pada papan dan kemudian diawetkan. Ini menghentikan solder agar tidak menjembatani antar bantalan, melindungi tembaga di bawahnya dari kelembapan dan kontaminasi, dan memberi warna yang akrab pada papan. Hijau bersifat tradisional karena memiliki rekam jejak terpanjang dalam pencitraan dan inspeksi, namun hitam, biru, merah, dan hitam matte menjadi hal yang rutin saat ini. Tinta silkscreen dicetak di atas masker untuk menandai referensi dan polaritas komponen, dan meskipun tidak membawa arus, ini adalah hal pertama yang diandalkan oleh operator perakitan.

Penyelesaian permukaan adalah keputusan material terakhir dan salah satu yang paling penting. Perataan solder udara panas adalah pilihan berbiaya rendah, OSP bersifat organik dan memudar setelah beberapa kali dialirkan ulang, dan ENIG atau perak imersi memberikan permukaan datar untuk bagian dengan nada halus. Jika papan dimasukkan dan dilepas berulang kali, emas keras adalah jawabannya. Semua hasil akhir kami tersedia dalam versi bebas timah.

Sekilas tentang Bahan Papan Sirkuit

Tabel di bawah ini merangkum sistem material yang paling sering kami bangun dan terbuat dari apa masing-masing sistem tersebut.

Bagaimana Aplikasi Memilih Materi

Pemilihan material jarang merupakan pilihan bebas. Ini mengikuti lingkungan tempat dewan akan tinggal.

Produk konsumen dan peralatan

Jika biaya mendominasi, standar FR-4 atau CEM-3 dengan penyelesaian HASL atau OSP biasanya sudah cukup.

Kontrol otomotif dan industri

Getaran, siklus termal, dan masa pakai yang lama mendorong desain menuju laminasi Tg tinggi, tembaga yang lebih tebal, dan lapisan akhir seperti ENIG yang tahan terhadap proses reflow berulang kali.

Desain daya dan frekuensi tinggi

Manajemen termal dan integritas sinyal menjadi prioritas, yang berarti bahan berbasis inti logam, keramik, atau PTFE daripada papan kaca yang lebih tebal.

Jika Anda tidak yakin di mana produk Anda berada, ada baiknya jika Anda melihat bagaimana papan serupa telah dibuat. Anda dapat menelusuri area aplikasi yang kami dukung untuk melihat kombinasi material yang sudah terbukti di setiap segmennya.

Catatan Praktis dari Lantai Toko

Beberapa hal yang kami sampaikan kepada pelanggan yang baru pertama kali memilih bahan:

1. Pilih hasil akhir sebelum tata letaknya dibekukan, karena geometri pad dan via tenting bergantung padanya.
2. Sesuaikan berat tembaga dengan arus, bukan kebiasaan, karena tembaga yang terlalu besar meningkatkan kesulitan dan biaya pengetasan.
3. Tanyakan tentang Tg lebih awal, karena laminasi Tg tinggi harganya sedikit lebih mahal dan menghilangkan seluruh jenis kegagalan di lapangan.
4. Konfirmasikan gambar tumpukan sebelum rilis, karena sebagian besar penundaan dimulai dengan lapisan yang hilang atau ambigu.

Jika Anda ingin melihat lebih dalam tentang bagaimana pilihan laminasi, berat tembaga, dan hasil akhir berinteraksi, panduan kami untuk memilih bahan FR-4, RF, dan inti logam menelusuri perbandingan secara lebih rinci.

Jadi terbuat dari apa papan sirkuit? Kain kaca dan resin epoksi, foil tembaga dan tong berlapis, masker solder, legenda tercetak, dan hasil akhir yang membuat semuanya dapat disolder. Bagian yang menarik bukanlah daftarnya, melainkan cara bahan-bahan tersebut disesuaikan dengan pekerjaannya. Lakukan kecocokan itu dengan benar dan dewan akan melakukan tugasnya secara diam-diam selama satu dekade atau lebih.