A PCB vagy nyomtatott áramköri kártya olyan kártya, amelyre az elektromos alkatrészeket fém (főleg réz) csatlakozókkal szerelik össze, hogy elektromos kapcsolatot hozzon létre. Lényegében a PCB-k a legtöbb elektronikus eszköz alapvető építőkövei. Az okosórák kis táblájától a szuperszámítógépig a PCB-k létfontosságúak az összes eszköz alapjának összeszerelése során. Mechanikai és elektromos tulajdonságaik alkalmassá teszik őket ilyen műveletekre. A világon a PCB-k körülbelül 90%-a merev PCB-k. Némelyikük olyan mértékben rugalmas, hogy bármilyen formára hajlítható és összehajtható, és hosszú ideig megszakítás nélkül fennmarad. Ez a jóváírás az anyagok PCB-ben való felhasználására vonatkozik. Ezt figyelembe véve különböztessük meg a két típusú kártyát: 370hr PCB és Fr4 PCB.

370 órás PCB

Vegyünk egy példát az Isola 370 órás PCB-jére, hogy kiemeljük jellemzőit, mivel ez az egyik vezető nyomtatott áramkör az iparágban. A tervezők a Polycat segítségével tervezik és laminálják előre rögzített lapokkal. A réz és a rézfólia között előre rögzíthető lapok szendvicsek. Ezután hő és nyomás segítségével laminálják a táblára. A 370 órás PCB-t számos PWB-konstrukcióban használják, és rendkívül megbízható.

Fr4 PCB

Fr4 PCB ez az a gerincanyag, amelyre a legtöbb merev áramköri lap épül. Az Fr jelentése égésgátló, míg a 4 az anyaglapon lévő számok megkülönböztetésére adott szám.

Hogyan válasszuk ki az anyagot a PCB-hez?

A NYÁK anyagának kiválasztásakor sok mindent figyelembe kell venni. Az első és legfontosabb gondolat, aminek eszébe kell jutnia, az az, hogy a nyomtatott áramkör tökéletes-e az Ön tervei szerint. Igazítsa igényeit az Ön rendszeréhez megfelelő PCB-hez, és ennek megfelelően válasszon. A 370 órás PCB és az Fr4 PCB megkülönböztető tulajdonságait az alábbiakban mutatjuk be.

• Méret

Az egyes nyomtatott áramköri lapok és a projekt súlyát, hosszát és vastagságát fontos tudni a projekt megkezdése előtt. A nehezebb projektekhez sűrűbb és stabilabb táblára van szükség, míg a könnyebb projektekhez könnyű, praktikus táblára van szükség, hogy alacsonyan tartsa a teljes súlyt. Átlagosan az Fr4 PCB tábla súlya 0.4-0.55 font 100 négyzethüvelyk Fr4-re számítva. A 370 órás PCB viszont 1 mikrométerenként 35 uncia súlyú, ezért stabilabb, mint az Fr4. Az új technológia nyomán minden eszköz méretét csökkenteni kell anélkül, hogy a teljesítménye bármiféle veszélybe kerülne. Összegezve, ami a méretet illeti, az FR4 PCB kártyát részesítik előnyben, mivel vékonyabb, mint a 370 órás PCB.

• kapcsolatok

A NYÁK méretének kiválasztásakor szem előtt kell tartani, hogy minden kétoldalas NYÁK laphoz élcsatlakozók szükségesek, ami nagyban befolyásolja a NYÁK méretét. Fontos megérteni, hogy elegendő hely kell ahhoz, hogy a csatlakozók megfelelően illeszkedjenek a nyomtatott áramköri lap két oldala közé. Ha azonban ezt a helyet nem biztosítják, az kiömlhet, ami károkat okozhat. Összehasonlítva az FR4 táblák vastagabbak, mint a 370HR táblák. Ez jobb választássá teszi őket a kapcsolatok biztonságos rögzítésére, mivel maga a PCB mérete nem jelentős. Mivel a 370HR NYÁK kártya vékonyabb, több csatlakozásra való képessége csökkenti a kiömlés kockázatát, és így a károk minden egyes csatlakozással nőnek.

• Impedancia illesztés és stabilitás

A nyomtatott áramköri lap jó stabilitást és az impedanciához való illeszkedést igényel a hatékony működés érdekében. Az impedancia az áramkör/alkatrész effektív ellenállása a váltakozó áramú áramforrással szemben. PCB kártya készítésekor és az impedancia illesztésének figyelembe vételekor jobb a 370HR PCB-t választani. Ez azért van, mert bár az FR4 jó anyag, a DK értéke nem rögzített. Emiatt a NYÁK építésénél keveredhet, míg a 370HR viszont állandó DK értéke 4.04.

• Dielektromos állandó érték

A dielektromos állandó egy anyag azon képességének aránya, hogy vákuummal szemben váltóáramot hordozzon. Az Fr4 PCB dielektromos állandója 3.8 és 4.8 között változhat. Ez a NYÁK-lap szövési stílusától, vastagságától és gyantatartalmától függ. Ezzel szemben a 370HR kártya dielektromos állandójának értéke 3.92. Az Fr4 kártya változtathatja a dielektromos állandóját, ami jobb áteresztőképességet tesz lehetővé, de ez bonyolítja a dolgot, és hibákhoz vezet, ha a táblát különböző DK értékű lapokból építik fel.

• Rugalmasság

Idővel és a piaci verseny miatt különböző PCB gyártók megkezdték az FR4 táblák gyártását módosított anyagokból, ami egyre rugalmasabbá teszi őket, mint merev társaik. Az ilyen típusú táblák különféle helyeken elférnek anélkül, hogy a sebességváltót veszélyeztetnék. A 370HR táblák merev-flex lapok változatát kínálják, amelyek egy FR4 táblához képest kissé rugalmasak, de törékenyek. Ezért azokban a helyzetekben, amikor szüksége lehet rá A PCB rugalmas legyen, az Fr4 PCB kártya jobb választás, mint a 370HR PCB kártya.

• Alkatrész-kompatibilitás

A NYÁK kiválasztásakor döntő fontosságú annak ellenőrzése, hogy a gyártók milyen alkatrészeket használnak a táblán. Ennek az az oka, hogy a nyomtatott áramköri lap mérete fontos szerepet játszik abban, hogy egy elem kompatibilis-e a nyomtatott áramköri lappal. Például a THT komponensek esetében a 370HR PCB a jobb, mivel az Fr4 PCB vastagsága nem kívánt következményeket okozhat.

• Jel veszteség

A NYÁK átviteli vonalakban a jelveszteség a frekvencia, a dielektromos állandó értéke és az anyag veszteségi tényezője miatt következik be, és nagy frekvenciáknál figyelembe kell venni. A probléma megoldásának egyik módja az áramkör impedanciájának kezelése. Ezért az előnyben részesített lehetőség a 370HR tábla. Dielektromos állandó értékével segít az áramkör impedanciájának szabályozásában.

• Hőmérséklet-szabályozás

Minden elektromos eszköz esetében az áramköröknek szigeteltnek kell maradniuk, és a maghőmérsékletüket szabályozni kell. Az FR4 tábla esetében a felhasznált anyag fokozott felmelegedésállóságot biztosít, és még magas hőmérsékleten is jól teljesít. Akár 130 Celsius fokig optimális teljesítményre van besorolva. A 370HR táblákat ezzel szemben nagy teljesítményre, akár 180 Celsius fokig osztályozzák. Ez a besorolás lehetővé teszi, hogy magasabb hőmérsékleten működjenek, mint az FR4 kártyák.  

• Működési környezet

Az FR4 PCB-k névleges értéke 130 Celsius. Ez azt jelenti, hogy ha ezt az értéket túlmelegítjük, megolvadnak, elveszítve szilárd formájukat. Ezért alaposan meg kell vizsgálni azt a környezetet, amelyben a PCB-nek működnie kell. És azokban az esetekben, amikor a PCB-t olyan alkalmazásokban használják, mint az olaj, a gáz vagy az autóipar, fontos megjegyezni a hőmérséklet-besorolást, mivel felmelegedhet, és így megsemmisülhet. Az egyéb környezeti feltételek a rendelkezésre álló helytől és a burkolat anyagától függenek. Ha azonban a hely ki van téve a nedvességnek vagy a vegyi anyagoknak, a jobb megoldás a 370HR PCB használata, mivel mindkettővel szemben nagyobb ellenállást mutat.

• Költség

Ami a költségeket illeti, az FR4 táblák nyernek a nagyobb kínálatnak és a gyártók számának köszönhetően. Költséghatékonyak, és a legtöbb esetben elvégzik a munkát. Ezzel szemben a 370HR kártya egy kicsit drágább, és zavarónak bizonyulhat nagyobb nyomtatott áramköri lapok megrendelése esetén.

Következtetés

Tehát mind a 370HR PCB, mind az FR4 PCB megbízható kártyák, amelyeket különböző felhasználók számára terveztek, és hatékonyan kezelik a különböző problémákat a felhasználó igényei szerint. Olyan helyzetekben, amikor a PCB mérete nem számít, célszerű lehet az FR4 kártyákat választani. Mégis, olyan esetekben, mint például az USB-portok és más eszközök, ahol a méretet zárva kell tartani, jobb a 370HR kártyákat választani, mivel azok vékonyabbak.

Ha több csatlakozásra van szüksége a nyomtatott áramköri lapon, akkor érdemes az FR4 PCB-t választani, mivel a megnövelt vastagság több helyet biztosít a csatlakozásoknak, hogy szorosan illeszkedjenek. Azonban azokban az esetekben, amikor szükség lehet a rendszer impedanciájának karbantartására és szabályozására, jobb a 370HR PCB kártya használata, mivel az állandó dielektromos képessége hasznosnak bizonyul. Abban az esetben, ha egy áramkört olyan rendszerhez terveztek, amely sok hőt vesz fel, például egy autómotor közelében lévő táblára vagy egy kémény kipufogógázának mérésére, jobb, ha egy 370HR táblát használ. Az indoklás az, hogy különböző vegyszerekkel nagyobb hő- és nedvességállóságot biztosít.

Végül Önnek, mint tervezőnek ki kell számítania az összes változót, és meg kell győződnie arról, hogy megérti az egyes használt táblák korlátait. A felhasználónak meg kell értenie a különböző PCB kártyák erősségeit, és azt, hogy melyik felel meg jobban az igényeinek.