Многослойные материалы печатных плат: ключ к производительности и надежности

В производстве многослойных печатных плат выбор материалов напрямую влияет на электрические характеристики, термостабильность и надежность изделия. Каждый слой в структуре многослойной платы выполняет свою роль, и понимание используемых материалов имеет решающее значение для оптимального проектирования и производства.

Основа и препрег
Фундамент любой многослойной платы — это сочетание основы (core) и препрега.

Основа (core) — это жесткий двусторонний ламинат из стеклоткани, пропитанной смолой (обычно FR-4), с медной фольгой с обеих сторон. Она обеспечивает механическую прочность и служит носителем внутренних цепей.

Препрег — это стеклоткань, предварительно пропитанная частично отверждённой смолой. Он размещается между слоями во время процесса ламинирования и соединяет их при нагреве и давлении. Препрег также выполняет роль изоляции между проводящими слоями.

К распространённым материалам препрега и основы относятся стандартный FR-4, эпоксид с высоким температурным индексом (High-Tg), полиимид и безгалогенные варианты.

Медная фольга
Медь является проводящим материалом, формирующим сигнальные слои, силовые и опорные (земляные) плоскости в печатной плате. Толщина меди выбирается в зависимости от требований к току. Типичные толщины: 17 мкм (0,5 унции), 35 мкм (1 унция) и 70 мкм (2 унции) на квадратный фут.

Существует два основных типа медной фольги:

• Электролитическая (ED) — более экономичный вариант;

• Отожжённая прокатанная (RA) — более гибкая, используется в приложениях с мелким шагом трассировки или с требованиями к изгибу.

Диэлектрические материалы
Диэлектрики обеспечивают электрическую изоляцию между проводящими слоями. Они также влияют на скорость сигнала, контроль импеданса и общие характеристики платы.

FR-4 — самый распространённый диэлектрик для универсальных плат. Он экономичен и обеспечивает достаточную термостойкость для стандартных применений.

Для высокотемпературных или высокочастотных применений проектировщики часто используют FR-4 с высоким Tg, полиимид или материалы на основе ПТФЭ (например, Rogers). Эти усовершенствованные материалы обеспечивают лучшую термостойкость, меньшие потери сигнала и повышенную стабильность в тяжёлых условиях.

Безгалогенные материалы также всё чаще применяются в экологически чистых и трудногорючих изделиях.

Паяльная маска и финишные покрытия
Паяльная маска — это цветное покрытие, которое защищает медные проводники от окисления и предотвращает замыкания при пайке. Наиболее распространённый цвет — зелёный, но также доступны красный, синий, чёрный и белый.

Финишные покрытия наносятся на открытые медные участки (например, контактные площадки), чтобы обеспечить хорошую паяемость и предотвратить окисление. Наиболее распространённые варианты: HASL (горячее воздушное выравнивание припоя), ENIG (никель с химическим осаждением и погружным золотом) и OSP (органический защитный слой для паяемости).

Рекомендации по выбору материалов
При выборе материалов для многослойной печатной платы инженеры учитывают:

• Электрические характеристики, включая целостность сигнала и контроль импеданса;

• Термостойкость для эксплуатации при высоких температурах;

• Механическую прочность и количество слоёв, особенно в толстых или жёстко-гибких конструкциях;

• Стоимость, доступность и совместимость с производственными процессами.

Правильное сочетание материалов помогает обеспечить долгосрочную надёжность и высокие характеристики готового изделия.

Заключение
Многослойные печатные платы — основа современных электронных систем, и выбор материалов находится в центре их успеха. Понимание свойств и областей применения различных материалов печатных плат позволяет проектировщикам и инженерам принимать более обоснованные решения и достигать большей эффективности, долговечности и производительности.