Porady
Elementy podstawy płytki drukowanej: podstawa dla wszystkich elementów elektronicznych
PCB to coś w rodzaju układu nerwowego elektroniki. Zawierają one wszystkie elektryczne elementy i obwody, które muszą funkcjonować w urządzeniach, od ogromnej lodówki, przez komputer na biurku, a nawet smartfon. Każdy, kto chce zbudować system elektroniczny od podstaw, zaczyna od materiału bazowego płytki drukowanej. W naszym poradnikiem dowiesz się, co należy uwzględnić przy wyborze.
-
Co to jest materiał bazowy płytek drukowanych?
-
Jakie są rodzaje elementu podstawowego PCB?
-
Na co należy zwrócić uwagę przy zakupie?
-
Nasza wskazówka: pielęgnacja płytek drukowanych za pomocą środków czyszczących i żywicy ochronnej
-
FAQ - najczęściej zadawane pytania dotyczące elementu podstawowego PCB
Co to jest materiał bazowy płytek drukowanych?
Elementy bazowy płytki stanowią podstawę dla budowy płytki elektronicznej lub obwodu drukowanego. Płytki stosowane są w prawie wszystkich urządzeniach jako nośniki elementów elektronicznych, takich jak obwody, urządzenia do przechowywania danych i gniazda połączeniowe. Części te są przymocowane lub przylutowane do prostokątnej płytki. Składają się przede wszystkim z izolującego rdzenia materiału podstawowego. Na nim znajduje się jeden lub dwie ścieżki przewodzące przeważnie z miedzi, które łączą elementy na płytce ze sobą lub z zasilaczem. W razie potrzeby między miedzianym rdzeniem a materiałem bazowym może być również obecna cienka fotopowłoka. Dalszy przebieg metalowych ścieżek przewodzących jest określany przez naświetlanie ultrafioletem podczas produkcji.
Płytki z obwodami drukowanymi nie są dostępne w jednolitym rozmiarze. W zależności od obszaru zastosowania, dostępnej przestrzeni i ilości elementów, które mają być do nich przymocowane, wymagane są płyty o różnych wymiarach i grubości. Dla hobbystów i profesjonalnych producentów, oferowane są zatem podstawowe elementy do produkcji płytek drukowanych na większych powierzchniach, które w razie potrzeby można przyciąć na wymiar.
Jakie są rodzaje elementu podstawowego PCB?
Główną różnicą stanowi użyty materiał. Najczęściej niewyposażone płytki wykonane są z żywic epoksydowych. Sama żywica epoksydowa nie jest odporna na ciepło i dlatego podczas produkcji w wyspkich temperaturach można jej nadać typowy prostokątny kształt płytki PCB. Utwardzenie następuje dopiero po dodaniu środków utwardzających, a płytka zyskuje odporność termiczną i chemiczną.
Innym często stosowanym materiałem bazowym jest twardy papier. Jest to tak zwany materiał kompozytowy, który składa się z kilku połączonych ze sobą materiałów, tj. konwencjonalnego papieru wykonanego z drewna i fenolu, żywicy syntetycznej przypominającej żywicę epoksydową. Fenol, papier i epoksyd mogą być mieszane w różnych proporcjach w celu uzyskania żądanego materiału bazowego dla płytek drukowanych. Stosunek ten można zobaczyć na pierwszy rzut oka na podstawie oznaczenia trudnopalnego materiału podstawowego: FR1, FR2, FR3 i FR4. Im większa liczba znaczników, tym więcej epoksydów i tym mniej fenolu zostało użytych podczas produkcji.
Mniej powszechne są płytki drukowane z aluminium i polimerów syntetycznych, zwane również "IMS" ("InsulatedMetallicSubstrate") lub płytki drukowane z rdzeniem metalowym. W tym przypadku materiał podstawowy składa się z dwóch warstw: metalicznego aluminiowego rdzenia i pokrywy z prepregu (skrót od "włókna wstępnie impregnowanego"), tj. włókien tekstylnych zmieszanych z tworzywem sztucznym.
Inną cechą wyróżniającą materiał bazowy jest jego powłoka miedziana. Z jednej strony decydująca jest grubość folii, tzn. jak gruba jest nakładana folia z miedzianymi śladami. Grubość jest zwykle podawana w mikrometrach (µm). Najczęściej stosowaną powłoką miedzianą jest 35 µm, ale istnieją również znacznie cieńsze powłoki, np. 18 µm lub grubsze, np. 70 µm, a nawet 105 µm.
Z drugiej strony, ważna jest liczba powłok miedzi. Materiał podstawowy dla płytek drukowanych może być powlekany jednostronnie lub obustronnie. Jednostronnie powlekane płyty są dziś nadal najbardziej popularne, ponieważ wystarczają do większości zastosowań i mogą być produkowane bez większego wysiłku. Dwustronnie powlekane płytki drukowane są bardziej zaawansowane w produkcji, ponieważ wykorzystują większą ilość miedzi i wymagają wywiercenia otworów pokrytych od wewnątrz miedzą, łączących obie płaszczyzny ścieżek przewodzących ze sobą.
Na co należy zwrócić uwagę przy zakupie?
Przede wszystkim budżet i cel projektu decydują o tym, który materiał bazowy płyty będzia dla Ciebie najbardziej odpowiedni. PCB z rdzeniem metalowym są znacznie bardziej odporne na ciepło niż płytki o większej zawartości tworzywa sztucznego. Dlatego też są one idealne dla środowisk, które generują dużo ciepła, np. w systemach oświetlenia LED lub wysokowydajnych komputerach z procesorami o dużej szybkości taktowania. Ma to jednak przełożenie na cenę. Technologia IMS jest opłacalna w zastosowaniach profesjonalnych.
Twardy papier jest najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem dla materiałów z płytek drukowanych. Ponadto, powłoka miedziana szczególnie dobrze do niego przylega. Należy jednak pamiętać, że płyta jest wtedy bardziej wrażliwa na ciepło i wilgoć. Dlatego płytki drukowane z twardego papieru są szczególnie odpowiednie dla hobbystów i innych początkujących elektroników, którzy potrzebują krótkotrwałego, łatwego w obróbce materiału bazowego do celów ilustracyjnych i testowych. Płytki drukowane wykonane z epoksydów stanowią idealny kompromis.
Nasza wskazówka: Pielęgnacja płytek drukowanych za pomocą środków czyszczących i żywicy ochronnej
Nie każdy kawałek materiału bazowego jest używany natychmiast. Rezerwy i nadmiar materiału pozostałego po cięciu płyty mogą być wykorzystane do projektów jeszcze długo po zakupie. Długotrwałe przechowywanie lub niedbałość podczas obróbki materiału bazowego może jednak spowodować zabrudzenie lub uszkodzenie, które ograniczą funkcjonalność płytek drukowanych. Aby zapobiec osadzaniu się kurzu i utlenianiu, płytki można pokryć lakierem lutowniczym. W przypadku wystąpienia zanieczyszczeń, można je usunąć za pomocą środka do czyszczenia PCB.
FAQ - najczęściej zadawane pytania dotyczące elementów podstawowych PCB
Jak mogę wyciąć materiał bazowy płytki?
Materiał bazowy dla płytek drukowanych można przyciąć do dowolnej wielkości za pomocą różnych metod. W zależności od grubości i materiału wystarczą zwykłe nożyczki domowe lub nóż do wykładzin. Jednak lepszym narzędziem łatwiej jest wykonać precyzyjne cięcie. Dlatego w przypadku bardziej odpornych płytek drukowanych zaleca się stosowanie nożyc cynowych lub małej piły tarczowej. Do obróbki na poziomie profesjonalnym dostępne są rozwiązania specjalnie zaprojektowane do cięcia elementu podstawowego, takie jak systemy cięcia laserowego.
Czy element podstawowy PCB nadaje się do recyklingu?
Przyjazna dla środowiska utylizacja zmontowanych i niewyposażonych płytek drukowanych jest czasami trudna. Przetworzone metale, takie jak aluminium lub miedź, mogą być łatwo oddzielone i ponownie użyte. Z drugiej strony tworzywo sztuczne o powłoce epoksydowej nie nadaje się do recyklingu zgodnie z aktualnym stanem techniki. W celu profesjonalnej i przyjaznej dla środowiska utylizacji wskazane jest skontaktowanie się z usługodawcą specjalizującym się w odpadach elektronicznych.