Jakie są powszechnie stosowane materiały do płyt drukowanych (PCB)?

Jednym z powszechnych materiałów stosowanych w produkcji płyt drukowanych (PCB) są laminaty miedziane (CCL), które wytwarza się poprzez impregnowanie żywicy materiałami wzmacniającymi, takimi jak papier z włókien drzewnych lub tkanina szklana, a następnie laminowanie folii miedzianej na jednej lub obu stronach i prasowanie w procesie gorącego prasowania. Laminaty CCL pełnią trzy kluczowe funkcje: przewodnictwo, izolację oraz podporę konstrukcyjną, co czyni je niezwykle ważnym komponentem w urządzeniach elektronicznych.

Płyty laminowane miedziowe (CCL) dzielą się ze względu na właściwości mechaniczne na typy sztywne i giętkie, a ze względu na materiał wzmocnienia na odmiany oparte na tkaninie szklanej, papierze oraz kompozytach. Płyty CCL oparte na tkaninie szklanej, wzmocnione tkaniną z włókna szklanego, charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością mechaniczną i doskonałymi właściwościami elektrycznymi, co czyni je najpowszechniej stosowanym typem. Płyty CCL oparte na papierze, wykorzystujące papier jako materiał wzmocnienia, cechują się niższym kosztem, ale względnie gorszymi właściwościami mechanicznymi i elektrycznymi, zwykle wykorzystywane są w urządzeniach elektronicznych niskiego segmentu. Płyty CCL kompozytowe integrują różne materiały wzmocnienia, takie jak włókno szklane i papier, osiągając równowagę pomiędzy kosztem a wydajnością.

Ponad 60% laminatów miedziowych wykorzystuje jako materiał wzmacniający płytę FR-4. Zazwyczaj płyta FR-4 używa tkaniny szklanej bezalkalowej w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej. Tkanina jest impregnowana żywicą epoksydową, charakteryzującą się doskonałą przyczepnością, izolacją elektryczną oraz stabilnością chemiczną.

System żywic składa się głównie z niskobromowanej żywicy epoksydowej, wysoko bromowanej żywicy epoksydowej, modyfikowanej izocyjanianem żywicy epoksydowej oraz fenolowej żywicy epoksydowej. Poprzez dostosowanie proporcji tych żywic można osiągnąć różne temperatury szklenia (wartości Tg).

W celu uzyskania właściwości trudnopalnych dodaje się bromowane środki wygaszające płomień, takie jak tributyl bromofenol A (TBBPA), lub bezhalogenowe środki wygaszające płomień, takie jak związki fosforowe i azotowe.

Miedź używana to folia miedzi elektrolitycznej lub folia miedzi walcowanej, która stanowi podstawowy materiał warstwy przewodzącej na powierzchni laminatów miedziowych.

RDS Composite oferuje wysokiej jakości płyty FR4 CCL o grubościach 12 μm, 18 μm lub 35 μm, z płytą podstawową o grubości od 0,2 mm do 3,2 mm.

Jakie są cechy FR4 CCL?

Właściwości mechaniczne: Wysoka sztywność, doskonała odporność na zginanie i udary, dobra wytrzymałość na zginanie i rozciąganie, zdolność wytrzymywania ciśnienia lutowania oraz naprężeń mechanicznych występujących podczas montażu płytek PCB.

Właściwości elektryczne: Stała dielektryczna pozostaje stabilna w zakresie 4,2–4,8 (1 GHz), niskie straty dielektryczne i wysoka rezystancja izolacji, skutecznie zmniejszające tłumienie sygnału i zakłócenia podczas transmisji wysokiej częstotliwości.

Odporność termiczna: Standardowy materiał FR-4 ma temperaturę szklenia (Tg) w zakresie 130–150 °C, natomiast materiał FR-4 o wysokiej Tg przekracza 170 °C, co pozwala mu wytrzymać wysokie temperatury lutowania oraz zapewnia doskonałą odporność na szoki termiczne.

Ognioodporność: Spełnia normę UL94 V-0, samogasnący w ciągu 10 sekund po usunięciu źródła ognia, nie tworzy kropli, zapewniając bezpieczeństwo urządzeń elektronicznych.

Stabilność wymiarowa: Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest stosunkowo niski w kierunkach X/Y (około 13-18 ppm/℃), ale nieco wyższy w kierunku Z, skutecznie zapobiegając pękaniu między warstwami lub nieprawidłowemu ustawieniu obwodów spowodowanym różnicami w rozszerzalności cieplnej podczas laminowania wielowarstwowych płytek PCB.

Laminat miedziowy FR-4, dzięki dobrej opłacalności, stabilnej izolacji, wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz doskonałej ognioodporności, jest obecnie najpowszechniej stosowanym sztywnym podłożem do płytek PCB. Znajduje zastosowanie w kluczowych sektorach, w tym elektronice użytkowej, elektronice samochodowej, automatyce przemysłowej oraz sprzęcie telekomunikacyjnym.