Тренды в сфере изготовления печатных плат: FR-4, новые технологии и материалы для плат с повышенной плотностью монтажа для SMD-компонентов, в том числе для плат с использованием технологии HDI – с применением материала FR-408 (ISOLA 370HR)

Мир электроники постоянно развивается, и печатные платы (ПП) играют в нем ключевую роль. Они стали неотъемлемой частью нашей жизни, от смартфонов и компьютеров до автомобилей и медицинского оборудования. Современные электронные устройства, такие как смартфоны и ноутбуки, требуют высокой плотности монтажа SMD-компонентов, что приводит к появлению новых трендов в производстве печатных плат.

На протяжении десятилетий материалы и технологии изготовления ПП постоянно совершенствовались. От первых односторонних плат до современных многослойных конструкций с высокой плотностью монтажа (HDI), печатные платы прошли долгий путь. Сегодня мы наблюдаем стремительное развитие таких технологий, как HDI и использование новых материалов, например, FR-408 (ISOLA 370HR), которые позволяют создавать платы с еще большей плотностью монтажа и более высокой производительностью.

В этой статье мы погрузимся в мир печатных плат, узнаем о традиционных материалах, таких как FR-4, и рассмотрим новые технологии, которые меняют правила игры в производстве плат с повышенной плотностью монтажа, а также изучим новые материалы, которые способны справиться с этими вызовами.

FR-4: Основа современной электроники

FR-4 – это, пожалуй, самый известный и широко используемый материал для печатных плат. Он представляет собой стеклотекстолит, композитный материал, состоящий из стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. FR-4 получил свое название от стандарта NEMA (National Electrical Manufacturers Association) и широко известен своими отличными электроизоляционными свойствами, механической прочностью и доступной ценой.

FR-4 был разработан в 1960-х годах и с тех пор стал основой для производства миллионов печатных плат. Его преимущества очевидны:

• Низкая стоимость и доступность: FR-4 – довольно дешевый материал, что делает его привлекательным для производителей электроники в разных сегментах.
• Хорошие механические свойства: Стеклотекстолит обладает высокой прочностью, жесткостью и устойчивостью к деформации, что особенно важно для многослойных плат.
• Высокая огнестойкость: FR-4 – это самозатухающий материал, что важно для безопасности электронных устройств.
• Устойчивость к влаге: FR-4 обладает хорошей влагостойкостью, что делает его подходящим для использования в разных климатических условиях.
• Высокая диэлектрическая прочность: FR-4 обладает высокой способностью выдерживать высокое напряжение без пробоя, что делает его надежным материалом для изоляции.

FR-4 широко применяется для производства печатных плат различного назначения, от простых до сложных многослойных плат, использующихся в компьютерах, мобильных телефонах, телевизорах, автомобилях, промышленном оборудовании и т.д.

По данным Statista, в 2022 году объем мирового рынка FR-4 составил около 16 миллиардов долларов США.

Несмотря на свои преимущества, FR-4 обладает и некоторыми ограничениями.

Преимущества FR-4:

FR-4 заслуженно завоевал популярность в сфере производства электронных плат, и его преимущества очевидны:

FR-4 обладает отличными механическими свойствами, высокой огнестойкостью и устойчивостью к влаге.

Кроме того, он отличается низкой стоимостью и широкой доступностью, что делает его привлекательным для производителей электроники с различным бюджетом.

Низкая стоимость и доступность

Одно из ключевых преимуществ FR-4 – это его низкая стоимость и широкая доступность. Это важный фактор для производителей электроники, особенно в сегментах, где цена играет решающую роль. FR-4 можно приобрести по относительно низкой цене по сравнению с другими материалами для печатных плат, такими как высокочастотные ламинаты или материалов с повышенной теплостойкостью.

По данным Statista, в 2022 году объем мирового рынка FR-4 составил около 16 миллиардов долларов США. Это свидетельствует о большом спросе на этот материал, а также о его невысокой стоимости.

Кроме того, FR-4 легко доступен в разных формах и размерах, что упрощает его закупку и использование в производственных процессах.

Низкая стоимость и доступность FR-4 делают его отличным выбором для производителей электроники, стремящихся к оптимизации стоимости и сжатым срокам производства.

Хорошие механические свойства

FR-4 обладает отличными механическими свойствами, что делает его устойчивым к деформации, вибрации и механическим нагрузкам. Это важно для печатных плат, которые используются в различных условиях эксплуатации и должны выдерживать механические нагрузки.

FR-4 состоит из стекловолокна, которое обеспечивает плате высокую прочность и жесткость. Эпоксидная смола связывает стекловолокна, создавая твердый и устойчивый материал.

FR-4 часто используется в производстве многослойных плат, где необходима дополнительная жесткость и устойчивость к деформации в результате многократного нагрева и охлаждения в процессе производства.

Согласно исследованиям, прочность на изгиб FR-4 составляет от 170 до 250 МПа, что свидетельствует о его высокой устойчивости к механическим нагрузкам.

Хорошие механические свойства FR-4 делают его отличным выбором для производства печатных плат, которые используются в условиях повышенных механических нагрузок.

Высокая огнестойкость

FR-4 – это самозатухающий материал, что делает его безопасным для использования в электронных устройствах. Это важный фактор для производителей электроники, так как он снижает риск пожара в случае неисправности устройства.

FR-4 содержит специальные добавки, которые замедляют горение и препятствуют распространению пламени. Это делает его подходящим для использования в устройствах, где пожаробезопасность имеет важное значение.

FR-4 классифицируется по классу UL94, который определяет огнестойкость материала. FR-4 обычно имеет классификацию UL94V-0, что означает, что он самозатухает в течение 10 секунд после удаления источника пламени и не капает расплавленным материалом.

Высокая огнестойкость FR-4 делает его привлекательным для производителей электроники, стремящихся создать безопасные и надежные устройства.

Устойчивость к влаге

FR-4 обладает хорошей влагостойкостью, что делает его подходящим для использования в разных климатических условиях. Влагостойкость важна для печатных плат, так как она помогает предотвратить коррозию и повреждение компонентов в результате воздействия влаги.

FR-4 состоит из стекловолокна, которое обладает низкой гигроскопичностью. Эпоксидная смола также помогает предотвратить поглощение влаги.

Влагостойкость FR-4 измеряется в процентах поглощения влаги по массе. Как правило, FR-4 имеет коэффициент поглощения влаги менее 1%, что свидетельствует о его хорошей влагостойкости.

Однако важно отметить, что FR-4 может поглощать влагу при длительном воздействии высокой влажности. Это может привести к увеличению диэлектрической проницаемости материала, что в свою очередь может повлиять на скорость сигнала и импеданс платы.

Для минимализации влияния влаги на печатные платы, изготовленные из FR-4, рекомендуется использовать специальные покрытия или технологии герметизации.

Высокая диэлектрическая прочность

FR-4 обладает высокой диэлектрической прочностью, что означает, что он может выдерживать высокое напряжение без пробоя. Это важно для печатных плат, так как они используются в электронных устройствах, где присутствует электрическое напряжение.

Высокая диэлектрическая прочность FR-4 обеспечивается за счет его стеклотекстолитовой структуры, которая является отличным изолятором.

Диэлектрическая прочность FR-4 измеряется в кВ/мм. Как правило, она составляет от 15 до 20 кВ/мм, что делает FR-4 достаточно надежным материалом для изоляции в электронных устройствах.

Однако важно отметить, что диэлектрическая прочность FR-4 может снижаться при повышенной влажности или температуре. Поэтому необходимо учитывать эти факторы при проектировании печатных плат и выбирать соответствующий тип FR-4.

Высокая диэлектрическая прочность FR-4 делает его отличным выбором для производства печатных плат, которые используются в устройствах с высоким напряжением, таких как питающие блоки, инверторы и другие силовые устройства.

FR-4: Ограничения и альтернативы

Несмотря на свои многочисленные достоинства, FR-4 не лишен ограничений. Проектирование

С ростом сложности электронных устройств и потребности в более высоких частотах и плотности монтажа, FR-4 может не всегда удовлетворять требованиям.

Именно поэтому необходимо рассмотреть альтернативные материалы и технологии, способные решить новые задачи в сфере производства печатных плат.

Ограничения FR-4:

Несмотря на свою популярность и широкое применение, FR-4 имеет некоторые ограничения, которые могут стать препятствием при решении сложных задач в сфере производства печатных плат:

Низкая теплостойкость: FR-4 имеет относительно низкую температуру стеклования (Tg), которая составляет около 130-150 °C. Это ограничивает его применение в устройствах с высокой плотностью монтажа и высокой мощностью, где возникает значительный тепловой выделение.

Высокий коэффициент диэлектрических потерь: FR-4 обладает относительно высоким коэффициентом диэлектрических потерь (Df), который составляет около 0,020. Это может привести к потерям сигнала и ухудшению производительности платы при высоких частотах.

Ограничения в плотности монтажа: FR-4 может не удовлетворять требованиям по плотности монтажа для современных электронных устройств, особенно в случае использования мелкогабаритных SMD-компонентов.

Трудности с реализацией технологии HDI: FR-4 не всегда подходит для реализации технологии HDI (High Density Interconnect), которая требует использования тонких проводников и межсоединений с высокой плотностью.

Все эти ограничения приводят к поиску новых материалов и технологий, способных удовлетворить потребности современной электроники.

Новые технологии для печатных плат с повышенной плотностью монтажа

Развитие электроники требует создания печатных плат с повышенной плотностью монтажа, способных уместить большее количество компонентов на меньшей площади.

Для решения этой задачи были разработаны новые технологии, такие как HDI (High Density Interconnect), многослойные платы, использование тонких проводников и межсоединений, а также применение специальных материалов с повышенной теплостойкостью и диэлектрическими свойствами.

Технология HDI:

HDI – это технология, позволяющая создавать печатные платы с очень высокой плотностью монтажа. Она использует специальные технологии трассировки и сверления, которые позволяют создавать очень тонкие проводники и межсоединения с высокой плотностью. HDI платы обычно состоят из многих тонких слоев, что позволяет увеличить количество трасс и сократить размер платы.

Многослойные платы:

Многослойные платы – это платы, состоящие из нескольких слоев материала, которые соединяются друг с другом с помощью проводников. Это позволяет увеличить количество трасс и улучшить функциональность платы. Современные многослойные платы могут содержать десятки и даже сотни слоев, что позволяет создавать очень сложные электронные устройства.

Тонкие проводники и межсоединения:

Использование тонких проводников и межсоединений позволяет увеличить плотность монтажа платы. Для этого используются специальные технологии трассировки и сверления, которые позволяют создавать очень тонкие проводники и межсоединения с высокой точностью.

Все эти технологии в сочетании с новыми материалами с повышенной теплостойкостью и диэлектрическими свойствами позволяют создавать печатные платы с повышенной плотностью монтажа, способные удовлетворять требованиям современной электроники.

Технология HDI: Новое поколение печатных плат

HDI (High Density Interconnect) – это передовая технология, которая революционизировала производство печатных плат. Она позволяет создавать платы с исключительно высокой плотностью монтажа, где компоненты располагаются ближе друг к другу, а трассировка выполняется с минимальным шагом.

HDI преодолевает ограничения традиционных технологий изготовления печатных плат, открывая новые возможности для разработки и производства современных электронных устройств.

Ключевые особенности HDI:

• Увеличение плотности монтажа: HDI позволяет уместить больше компонентов на меньшей площади, что приводит к созданию более компактных и эффективных устройств.
• Улучшение производительности: HDI платы обеспечивают более быструю передачу сигнала, что важно для современных высокоскоростных электронных устройств.
• Улучшение надежности: HDI технология использует более тонкие и плотные проводники, что уменьшает риск повреждения платы и обеспечивает более надежную работу устройства.
• Снижение стоимости: HDI позволяет создавать более компактные и эффективные устройства, что может снизить стоимость их производства.

Применение HDI:

HDI платы широко используются в различных отраслях промышленности, включая:

• Мобильная электроника: смартфоны, планшеты, ноутбуки, wearable устройства.
• Компьютеры и серверы: материнские платы, видеокарты, сетевые карты.
• Автомобильная электроника: системы управления двигателем, системы безопасности, информационно-развлекательные системы.
• Медицинская электроника: медицинские приборы, диагностические системы.
• Промышленное оборудование: системы управления, датчики, приводы.

HDI – это технология, которая продолжает развиваться и совершенствоваться. Она открывает новые возможности для разработки и производства электронных устройств с повышенной функциональностью, производительностью и надежностью.

Материалы для плат с повышенной плотностью монтажа

Современные печатные платы с повышенной плотностью монтажа требуют использования специальных материалов, способных выдерживать высокие температуры, обеспечивать отличную диэлектрическую прочность и предотвращать потери сигнала.

Традиционный FR-4 часто не может удовлетворить требованиям высокопроизводительных электронных устройств.

Поэтому в производстве печатных плат с повышенной плотностью монтажа применяются новые материалов с улучшенными свойствами, например, FR-408 и ISOLA 370HR.

FR-408: Высокопроизводительный материал для HDI-плат

FR-408 – это высокопроизводительный материал для печатных плат с повышенной плотностью монтажа и использования в технологии HDI. Он отличается от традиционного FR-4 улучшенными свойствами, что делает его более подходящим для современных электронных устройств.

Преимущества FR-408:

• Повышенная теплостойкость: FR-408 имеет более высокую температуру стеклования (Tg), чем традиционный FR-4, что позволяет ему выдерживать более высокие температуры без деформации или потери прочности.
• Низкий коэффициент диэлектрических потерь: FR-408 обладает более низким коэффициентом диэлектрических потерь (Df), что снижает потери сигнала и улучшает производительность платы при высоких частотах.
• Улучшенные диэлектрические свойства: FR-408 обладает более стабильными диэлектрическими свойствами, что важно для обеспечения надежной работы электронных устройств с высокой частотой и плотностью монтажа.
• Совместимость с технологией HDI: FR-408 предназначен для использования в технологии HDI, поэтому он обладает необходимыми свойствами для создания тонких проводников и межсоединений с высокой плотностью.

Применение FR-408:

FR-408 широко используется в производстве печатных плат для:

• Высокопроизводительных компьютеров: материнские платы, видеокарты, сетевые карты.
• Мобильных устройств: смартфоны, планшеты.
• Промышленных устройств: системы управления, датчики, приводы.
• Медицинской электроники: медицинские приборы, диагностические системы.

FR-408 – это высокопроизводительный материал, который открывает новые возможности для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа и улучшенной производительностью.

ISOLA 370HR: Преимущества и характеристики

ISOLA 370HR – это еще один высокопроизводительный материал для печатных плат с повышенной плотностью монтажа, который отличается отличными свойствами и широко используется в современной электронике.

Преимущества ISOLA 370HR:

• Высокая теплостойкость: ISOLA 370HR обладает высокой температурой стеклования (Tg), которая составляет 180 °C. Это позволяет ему выдерживать более высокие температуры без деформации или потери прочности, что важно для устройств с высокой плотностью монтажа и значительным тепловым выделением.
• Низкий коэффициент диэлектрических потерь: ISOLA 370HR отличается низким коэффициентом диэлектрических потерь (Df), что снижает потери сигнала и улучшает производительность платы при высоких частотах.
• Высокая диэлектрическая прочность: ISOLA 370HR обладает высокой диэлектрической прочностью, что делает его надежным материалом для изоляции в электронных устройствах с высоким напряжением.
• Хорошие механические свойства: ISOLA 370HR обладает отличными механическими свойствами, включая высокую прочность и устойчивость к деформации.
• Совместимость с безсвинцовой пайкой: ISOLA 370HR совместим с безсвинцовыми технологиями пайки, что делает его подходящим для использования в современных электронных устройствах, где требуется использование экологически чистых материалов.

Характеристики ISOLA 370HR:

• Температура стеклования (Tg): 180 °C
• Коэффициент диэлектрических потерь (Df): 0,0210
• Диэлектрическая проницаемость: 4.04
• Прочность на изгиб: 170 МПа

ISOLA 370HR – это отличный выбор для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа для различных электронных устройств, где требуются высокая надежность, теплостойкость и устойчивость к высоким частотам.

Мир электроники не стоит на месте, и печатные платы продолжают играть ключевую роль в его развитии. Современные устройства требуют от печатных плат все более высоких характеристик: повышенной плотности монтажа, теплостойкости, высокой частоты и надежности.

Традиционные материалы, такие как FR-4, хотя и остаются популярными в отдельных сегментах, уже не могут удовлетворять требованиям современных электронных устройств.

Новые технологии, такие как HDI, и новые материалы, например, FR-408 и ISOLA 370HR, открывают новые возможности для разработки и производства печатных плат, способных решать сложнейшие задачи современной электроники.

В будущем мы увидим дальнейшее развитие технологий производства печатных плат. Ожидается, что будут внедрены новые материалы с еще более улучшенными свойствами, например, материалов с повышенной теплопроводностью и устойчивостью к электромагнитным помехам.

Также ожидается дальнейшее развитие технологий 3D-печати печатных плат, что позволит создавать более сложные и инновационные электронные устройства.

Печатные платы продолжают играть ключевую роль в развитии электроники. Новые технологии и материалы позволяют создавать более совершенные и надежные электронные устройства, что открывает новые возможности для инноваций и развития различных отраслей промышленности.

Для более наглядного сравнения свойств разных материалов для печатных плат представим их в виде таблицы.

Из таблицы видно, что FR-408 и ISOLA 370HR обладают более высокими характеристиками, чем традиционный FR-4. Они отличаются повышенной теплостойкостью, низким коэффициентом диэлектрических потерь и хорошими диэлектрическими свойствами, что делает их более подходящими для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа.

Однако важно учитывать, что FR-408 и ISOLA 370HR имеют более высокую стоимость, чем FR-4. Поэтому выбор материала зависит от конкретных требований и характеристик проекта.

Для более глубокого понимания различий между FR-4, FR-408 и ISOLA 370HR представим сравнительную таблицу с ключевыми характеристиками каждого материала.

Из таблицы видно, что FR-408 и ISOLA 370HR обладают более высокими характеристиками, чем традиционный FR-4. Они отличаются повышенной теплостойкостью, низким коэффициентом диэлектрических потерь и хорошими диэлектрическими свойствами, что делает их более подходящими для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа.

Однако важно учитывать, что FR-408 и ISOLA 370HR имеют более высокую стоимость, чем FR-4. Поэтому выбор материала зависит от конкретных требований и характеристик проекта.

Например, если проект требует использования высокочастотных компонентов и значительного тепловыделения, то лучше отдать предпочтение FR-408 или ISOLA 370HR. Если же проект не требует высокой теплостойкости и высокой частоты, то FR-4 может стать более экономичным решением.

FAQ

В этой части мы ответим на часто задаваемые вопросы о печатных платах с повышенной плотностью монтажа и материалах, которые используются для их производства.

В чем разница между FR-4 и FR-408?

FR-4 – это традиционный материал для печатных плат, который широко используется в производстве электроники с 1960-х годов. Он отличается низкой стоимостью и хорошими механическими свойствами.

FR-408 – это высокопроизводительный материал с повышенной теплостойкостью и низким коэффициентом диэлектрических потерь. Он предназначен для использования в технологии HDI и применяется в высокопроизводительных электронных устройствах, где требуются высокие характеристики.

Основные различия между FR-4 и FR-408 сводятся к следующему:

• Температура стеклования (Tg): FR-408 имеет более высокую температуру стеклования (Tg), чем FR-4, что позволяет ему выдерживать более высокие температуры.
• Коэффициент диэлектрических потерь (Df): FR-408 обладает более низким коэффициентом диэлектрических потерь (Df), что снижает потери сигнала и улучшает производительность платы при высоких частотах.
• Стоимость: FR-408 более дорог, чем FR-4.

Чем отличается ISOLA 370HR от FR-4 и FR-408?

ISOLA 370HR – это высокопроизводительный материал для печатных плат с повышенной плотностью монтажа, который обладает отличными характеристиками, включая высокую теплостойкость, низкий коэффициент диэлектрических потерь и высокую диэлектрическую прочность.

ISOLA 370HR отличается от FR-4 и FR-408 более высокой теплостойкостью, низким коэффициентом диэлектрических потерь и высокой диэлектрической прочностью. Он также совместим с безсвинцовой пайкой, что делает его более экологически чистым материалом.

Однако ISOLA 370HR имеет более высокую стоимость, чем FR-4 и FR-408.

Какая технология используется для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа?

Для производства печатных плат с повышенной плотностью монтажа используется технология HDI (High Density Interconnect). HDI позволяет создавать платы с очень высокой плотностью монтажа, где компоненты располагаются ближе друг к другу, а трассировка выполняется с минимальным шагом. HDI платы обычно состоят из многих тонких слоев, что позволяет увеличить количество трасс и сократить размер платы.

Как выбрать правильный материал для печатной платы?

Выбор правильного материала для печатной платы зависит от конкретных требований проекта, включая:

• Тепловыделение компонентов: Если компоненты выделяют много тепла, то нужно использовать материал с повышенной теплостойкостью, например, FR-408 или ISOLA 370HR.
• Частота работы: Если устройство работает на высокой частоте, то нужно использовать материал с низким коэффициентом диэлектрических потерь, например, FR-408 или ISOLA 370HR.
• Плотность монтажа: Если требуется высокая плотность монтажа, то нужно использовать материал, совместимый с технологией HDI, например, FR-408 или ISOLA 370HR.
• Стоимость: Если стоимость является критическим фактором, то можно рассмотреть использование FR-4.

Важно проконсультироваться с специалистами по производству печатных плат, чтобы выбрать оптимальный материал для конкретного проекта.