Rigid PCB-productie: materialen, processen en industriële normen

Rigid printed circuit boards (PCB's) vormen de ruggengraat van bijna elk elektronisch apparaat, van smartphones en laptops tot industriële machines en medische apparatuur.stijve PCB's behouden een vaste vormDe vervaardiging van starre PCB's omvat een precieze volgorde van stappen,van de materiaalkeuze tot de eindtestDeze gids onderzoekt de belangrijkste materialen, processen en normen die de vervaardiging van stijve PCB's definiëren,het bieden van inzichten in hoe deze factoren de prestaties beïnvloeden, kosten en betrouwbaarheid.

Kernmaterialen voor de vervaardiging van starre PCB's
De prestaties van een stijf PCB worden fundamenteel bepaald door de kernmaterialen, waaronder substraten, koperen folies en beschermende lagen.Elk materiaal wordt gekozen op basis van de eisen van de toepassing aan thermische weerstand, elektrische prestaties en kosten.

1. Substraatmaterialen
Het substraat vormt de starre basis van het PCB en biedt mechanische ondersteuning en elektrische isolatie tussen koperschichten.

a.FR-4 Dominantie: glasvezelversterkte epoxy (FR-4) is de industriestandaard, goed voor ~ 90% van de starre PCB's.Het is ideaal voor de meeste toepassingen..
b.High-Tg-varianten: worden gebruikt in omgevingen boven 130 °C, zoals auto-systemen onder de motorkap, waar standaard FR-4 zou verzachten of delamineren.
c.Gespecialiseerde substraten: PCB's met aluminiumkern zijn uitstekend in warmteafvoer, terwijl polyimide-substraten zijn gereserveerd voor extreme omstandigheden zoals ruimte of industriële ovens.

2Koperen folie
Koperfolie vormt de geleidende sporen die elektrische signalen dragen.
a.Dikte: varieert van 0,5 oz (17 μm) tot 6 oz (203 μm). Dikker koper (2 ‰ 6 ‰) wordt gebruikt in vermogen PCB's om hoge stromen te behandelen, terwijl 0,5 ‰ 1 ‰ standaard is voor signaal sporen.
b.Bovendien:
Standaard (STD) koper: Matte afwerking met matte ruwheid (Rz = 1,5-3 μm) voor algemene toepassingen.
VLP-koper: ultravlot (Rz < 1,0 μm) om signaalverlies bij hoogfrequente ontwerpen (> 1 GHz) te minimaliseren.
Omgekeerd behandeld (RT) koper: glad dielektrisch geconfronteerd oppervlak voor verbeterde hechting, gebruikt in meerlagige PCB's.

3Beschermingslagen
a.Soldermasker: een polymeercoating die wordt aangebracht op kopersporen om te voorkomen dat tijdens de assemblage soldeerbruggen ontstaan.zwart, of wit (voor inspectie met een hoog contrast).
b. Silkscreen: een gedrukte laag epoxy-inkt die componenten, testpunten en polariteitsmarkeringen etiketteert, die bij assemblage en probleemoplossing helpen.

Het fabricageproces van stijve PCB's
De vervaardiging van stijve PCB's omvat meer dan 20 stappen, maar het proces kan worden onderverdeeld in zes belangrijke fasen, die elk cruciaal zijn voor het waarborgen van kwaliteit en prestaties:
1Ontwerp en voorbereiding van Gerber-dossiers
a.CAD-ontwerp: Ingenieurs gebruiken pcb-ontwerpprojecten (Altium, KiCad) om lay-outs te maken, trace-routing, componentenplaatsing en laagstapels te definiëren.
b.Gerber-bestanden: Ontwerpgegevens worden omgezet in Gerber-formaat (de industriestandaard) voor de productie, met inbegrip van details zoals spoorbreedtes, boorgroottes en laagjes van het soldeermask.
c.DFM-controle: de software voor ontwerp voor productievermogen (DFM) identificeert problemen zoals te smalle sporen, onvoldoende vrijheden of niet-standaard boorgroottes, waardoor productiefouten worden verminderd.

2Voorbereiding van het substraat en bekleding van koper
a.Snijden: met behulp van precisiezagen worden grote substraatplaten (meestal 18×24×) gesneden tot de gewenste PCB-grootte.
b.Reiniging: Substraten worden gereinigd met alkalische oplossingen om oliën en verontreinigende stoffen te verwijderen, waardoor een sterke koperafhechting wordt gewaarborgd.
c. bekleding: koperfolie wordt aan één of beide zijden van het substraat gebonden met behulp van warmte (180~200°C) en druk (20~30 kgf/cm2).

3. Patroonvorming en etsen
a.Aanwending met fotoresistentie: een lichtgevoelige fotoresistentie wordt aan het koperbeklede substraat aangebracht door middel van sproeien of dompelen.
b.Expositie: het substraat wordt blootgesteld aan UV-licht via een fotomasker, waardoor het sporenpatroon wordt overgedragen aan de fotoresist.
c. Ontwikkeling: ongeharde fotoresist wordt weggespoeld, waardoor beschermde kopersporen achterblijven.
d.Etsen: het blootgestelde koper wordt opgelost met behulp van zure etseringsmiddelen (ferricchloride of koperchloride), waardoor het gewenste spoorpatroon achterblijft.
e.Stripping: de overgebleven fotoresist wordt met oplosmiddel verwijderd, waardoor de kopersporen zichtbaar worden.

4. Boorwerk en plating
a.Boringen: gaten voor doorlopende onderdelen, vias en montageapparatuur worden geboord met CNC-machines met biten met een carbide- of diamantpunt.15 mm) voor PCB's met een hoge dichtheid worden gemaakt met behulp van lasers.
b.Debuur: gaten worden schoongemaakt om koper- en substraatborrels te verwijderen, waardoor kortsluitingen worden voorkomen.
c.Beplating: een dunne laag koper (510 μm) wordt elektroplaat op gatwanden om de lagen elektrisch te verbinden.

5. Soldeermasker en zijdefilter applicatie
a.Soldermaskerprinten: een soldermasker wordt aangebracht en met UV-licht gehard gemaakt, waardoor koperen pads en vias blootgesteld blijven.
b.Zilkscreenprinten: etiketten en markers van componenten worden met epoxy-inkt afgedrukt en vervolgens bij 150 °C gehard gemaakt om duurzaamheid te garanderen.

6Test en eindinspectie
a. Elektrische tests:
Continuïteitstesting: controleert of alle sporen elektriciteit geleiden zoals ontworpen.
Hi-Pot-test: wordt een hoge spanning (500 ‰ 1000 V) toegepast om te controleren of de isolatie tussen de sporen is afgebroken.
b.Visuele inspectie: geautomatiseerde optische inspectiesystemen (AOI-systemen) controleren op gebreken zoals ontbrekende soldeermask, verkeerd uitgelijnd spoor of boorfouten.
c.Functioneel testen: voor complexe PCB's simuleren functioneel testen de werking in de echte wereld om ervoor te zorgen dat de componenten correct samenwerken.

Industrienormen voor stijve PCB's
De vervaardiging van rigide PCB's wordt beheerst door wereldwijde normen die consistentie, betrouwbaarheid en veiligheid tussen fabrikanten garanderen.
1. IPC-normen (Association Connecting Electronics Industries)
a.IPC-A-600: Definieert aanvaardbaarheidscriteria voor de vervaardiging van PCB's, met inbegrip van toegestane gebreken in koper, soldeermasker en laminaat.
b.IPC-2221: Biedt ontwerpnormen voor gedrukte borden, met inbegrip van richtlijnen inzake de breedte van de sporen, de afstand tussen de sporen en de grootte van de gaten.
c.IPC-J-STD-001: Specificeert de vereisten voor soldeerprocessen die zorgen voor sterke en betrouwbare verbindingen.

2. UL-certificering (Underwriters Laboratories)
a.UL 94: Beoordeelt de ontvlambaarheid van PCB-materialen, met classificaties zoals V-0 (hoogste weerstand) om ervoor te zorgen dat PCB's bij brand geen vlammen verspreiden.
b.UL 796: Certificeert de PCB-constructie om de naleving van de veiligheidsnormen voor elektrische apparatuur te waarborgen.

3RoHS en REACH (milieunormen)
a.RoHS: beperkt gevaarlijke stoffen (lood, kwik, cadmium) in PCB's, waardoor loodvrije soldeermiddelen en conform materialen vereist zijn.
b.REACH: regelt de chemische stoffen die in de productie worden gebruikt en zorgt ervoor dat PCB-materialen veilig zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu.

Vergelijkende analyse: enkel- en meerlaagse starre PCB's

Trends in de vervaardiging van starre PCB's
De technologische vooruitgang drijft tot innovaties in de productie van starre PCB's:
a.High-Density Interconnect (HDI): Microvias, gestapelde vias en fijnere spoorbreedtes (≤ 3 mils) maken kleinere, krachtigere PCB's mogelijk voor 5G-apparaten en AI-versnellers.
b.Automatisering: door AI aangedreven inspectiesystemen en robotmontage verminderen menselijke fouten, waardoor de opbrengst en consistentie worden verbeterd.
c.Duurzaamheid: op water gebaseerde etchanten, gerecycled koper en biobased substraten verminderen de milieu-impact van de productie.
d.Additieve productie: 3D-geprinte geleidende sporen worden getest voor snelle prototyping, waardoor snellere ontwerpinteraties mogelijk zijn.

Veelgestelde vragen
V: Wat is de typische doorlooptijd voor de vervaardiging van starre PCB's?
A: De lead-tijden variëren van 2 ‰ 5 dagen voor eenvoudige enkellagige PCB's tot 5 ‰ 10 dagen voor meerlagige (4 ‰ 8 lagen) ontwerpen.

V: Hoeveel kost de productie van een stijf PCB?
A: De kosten variëren naargelang de grootte, het aantal lagen en het volume: PCB's met één laag beginnen bij (1 ¢) 5 per eenheid (hoog volume), terwijl HDI-PCB's met 8 lagen (50 ¢) 100+ per eenheid (laag volume) kunnen kosten.

V: Wat is de maximale grootte van een stijf PCB?
A: Standaard productielijnen verwerken PCB's tot 24×36×, maar op maat gemaakte fabrikanten kunnen grotere platen (tot 48×60×) produceren voor industriële toepassingen.

V: Kunnen starre PCB's worden gerecycled?
A: Ja, stijve PCB's bevatten waardevol koper (15~20% in gewicht) dat kan worden gerecycled.

V: Wat is het verschil tussen FR-4 en high-Tg FR4 in de productie?
A: High-Tg FR4 vereist hogere lamineertemperaturen (180~200°C versus 150~170°C voor standaard FR4) en langere hardingstijden om de hogere glazen overgangstemperatuur te bereiken.een lichte verhoging van de productiekosten.

Conclusies
Rigid PCB-productie is een precisie (precision-driven) proces dat materiaalwetenschap, engineeringontwerp en kwaliteitscontrole in evenwicht brengt om betrouwbare elektronische componenten te produceren.Van de selectie van FR-4-substraten voor consumentenapparaten tot aluminiumkernmaterialen voor toepassingen met een hoog vermogenDoor te voldoen aan normen zoals IPC-A-600 en RoHS, zorgen fabrikanten ervoor dat starre PCB's voldoen aan de wereldwijde eisen voor veiligheid, betrouwbaarheid,en milieuverantwoordelijkheid.
Naarmate de elektronica blijft evolueren, kleiner, sneller en krachtiger wordt, zal de vervaardiging van starre PCB's zich aanpassen en nieuwe materialen en processen opnemen om aan de opkomende vraag te voldoen.Of in smartphonesIn de eerste plaats is het van belang dat de nieuwe technologie de mogelijkheid biedt om de PCB's te integreren in de productie van elektrische apparatuur.
Belangrijkste takeaway: Rigid PCB productie is een mix van kunst en wetenschap, waar materiaal selectie, precieze processen,Het is de bedoeling van de Europese Commissie om de ontwikkeling van elektronische systemen te bevorderen.Het begrijpen van deze elementen is van cruciaal belang voor het ontwerpen en produceren van PCB's die voldoen aan prestatie-, kosten- en betrouwbaarheidsdoelstellingen.