מהם החומרים הנפוצים המשמשים בלוחות מעגלים מודפסים?

PCB (מעגל מודפס) הוא רכיב בסיסי מרכזי במכשירים אלקטרוניים מודרניים. הוא משמש לא רק כתמיכה פיזית לרכיבים אלקטרוניים, אלא גם כמנשא מרכזי לחיבורים חשמליים ולהעברת אותות. כמורשת עצביתבעולם האלקטרוני, ה-PCB מחבר ביעילות ובאמינות רכיבים שונים, ויוצר מערכת מעגלים שלמה.

חומרי בסיס

1. מצע נייר פנולי:חומר הבסיס המסורתי ביותר ל-PCB, העשוי מנייר הספוג בשרף פנולי. הוא מציע יכולת עיבוד טובה ועלות נמוכה, אך עמידותו בחום ותכונותיו הדיאלקטריות ירודות. הוא מתאים רק למוצרי אלקטרוניקה צרכנית ומכשירי חשמל ביתיים עם דרישות ביצועים חשמליים נמוכות וסביבות מתונות.
2. מצע סיבי זכוכית אפוקסי (FR-4):הנפוץ ביותר כיום, עשוי משרף אפוקסי ובד סיבי זכוכית. הוא מתאפיין בתכונות חשמליות, חוזק מכני, עמידות בחום ויציבות כימית מצוינים. FR-4 נמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים כלליים כגון מחשבים, ציוד תקשורת ומערכות בקרה תעשייתיות.
3. מצע פוליאימיד:משתמש בסרט פוליאמיד כשכבת בידוד, ומציע עמידות בחום גבוהה במיוחד (טמפרטורות עבודה רציפות מעל 260°C), תכונות חשמליות מצוינות, ספיגת לחות נמוכה וחוזק מכני טוב. משמש בעיקר בתעופה וחלל, צבא, אלקטרוניקה לרכב ותחומים אחרים עם אמינות גבוהה וסביבות קשות, כמו גם במעגלים בתדר גבוה כמו מיקרוגל ו-RFID.
4. מצע אלומיניום:משתמש בסגסוגת אלומיניום כבסיס, המכוסה בשכבת דיאלקטרי בידוד. יש לו פיזור חום מעולה, הפותר ביעילות בעיות ניהול חום במכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה. יש לו גם חוזק מכני טוב, מיגון אלקטרומגנטי ועמידות מסוימת בפני קורוזיה. משמש בדרך כלל בתאורת LED, מודולי כוח, אלקטרוניקה לרכב, ציוד אודיו ויישומים אחרים הדורשים פיזור חום יעיל.
5. מצע נחושת:משתמש בנחושת בעלת טוהר גבוה כבסיס, עם שכבת בידוד מרוכבת. מצעי נחושת בעלי מוליכות תרמית יוצאת דופן, גבוהה בהרבה מזו של אלומיניום, והם מתאימים במיוחד ליישומים בעלי הספק גבוה וחום גבוה, כגון נוריות LED בעלות בהירות גבוהה, מודולי הספק, כלי רכב חשמליים ותחנות בסיס לתקשורת. הם מציעים גם חוזק מכני גבוה ועמידות בפני קורוזיה, המתאימים לסביבות קשות.
6. מצעים מיוחדים:עבור מוצרים אלקטרוניים בתדר גבוה, במהירות גבוהה או בעלי אמינות גבוהה, נעשה שימוש גם בחומרים בעלי ביצועים גבוהים כגון מצעים קרמיים ו-PTFE (פוליטטראפלואורואתילן) כדי לעמוד בדרישות חשמליות וסביבתיות מיוחדות.

נייר נחושת

נייר נחושת הוא החומר העיקרי לשכבת המוליכות של מעגלים מודפסים, והוא מחולק לשני סוגים:

1. נייר נחושת אלקטרוליטי:מיוצר כימית על ידי הנחת סרט נחושת אחיד על גליל נירוסטה, ולאחר מכן קילופו. הוא זול, זמין בעוביים ובגדלים שונים, והוא סוג רדיד הנחושת הנפוץ ביותר עבור מעגלים מודפסים קשיחים.
2. סרט נחושת מגולגל:מיוצר על ידי גלגול וחישול חוזר ונשנה של נחושת בשיטות פיזיקליות. הוא בעל משיכות גבוהה, מה שהופך אותו למתאים במיוחד למעגלים גמישים (FPC) ולסביבות דינמיות. משטחו החלק והבליטות הנמוכות שלו אידיאליים ליישומים בתדר גבוה ובמיקרוגל, אך הוא יקר יותר, בעל הידבקות חלשה יותר למצע, ורוחבו מוגבל.

שכבת בידוד

שכבת הבידוד ממוקמת בין יריעת הנחושת לחומר הבסיס, ומבטיחה בידוד חשמלי בין שכבות מוליכות ובטיחות המעגל. החומרים העיקריים כוללים:

• שרף אפוקסי:בידוד והידבקות טובים, עלות נמוכה, בשימוש נרחב ברוב המעגלים המודפסים.
• פוליאמיד:עמידות חום ותכונות חשמליות מצוינות, אידיאלי ליישומים מתקדמים, בתדר גבוה או בטמפרטורה גבוהה.

שכבת מגן

1. מסכת הלחמה:בדרך כלל בצבע ירוק, מכסה את משטח הלוח כדי להגן על המעגל מפני קצרים, מגדיר אזורי הלחמה, מונע גשרים של הלחמה ומשפר את דיוק ההלחמה ואת אמינות הלוח.
2. שכבת סריגרפיה:משמשת לסימון מיקומים של רכיבים, מזהים, אזהרות וכו'. שכבת הסילקסקרין מסייעת בהרכבה ובתחזוקה מאוחרת יותר, ומסייעת למהנדסים לזהות במהירות רכיבים ועקבות.

גימור משטח

כדי לשפר את יכולת ההלחמה, עמידות בפני חמצון ואמינות, תהליכי גימור משטח נפוצים כולליםHASL(יישור הלחמה באוויר חם),ENIG(ציפוי זהב בניקל ללא חשמל),OSP(חומר משמר להלחמה אורגנית) וטבילת כסף, בהתאם לצרכי היישום.

הלחמה

1. הלחמה מסגסוגת עופרת-פח:כגון הלחמה אוטקטית 63Sn-37Pb, המספקת מוליכות טובה, יכולת עיבוד, נקודת התכה נמוכה ומפרקי הלחמה חזקים. עם זאת, בשל הרעילות של העופרת, השימוש בה פוחת לטובת הגנה על הסביבה.
2. הלחמה ללא עופרת:נקודת התכה של כ-217°C, אינו רעיל וידידותי לסביבה, דורש עיבוד קפדני יותר, והפך לבחירה הנפוצה ביותר.

חומרים סביבתיים ובר קיימא

עם תקנות סביבתיות מחמירות יותר ויותר, ייצור PCB שם דגש רב יותר על חומרים נטולי הלוגן, תואמי RoHS וניתנים למחזור, ומקדם פיתוח ירוק ובר קיימא בתעשיית האלקטרוניקה.

תחומי יישום

חומרים נפוצים לייצור PCB נמצאים בשימוש נרחבאלקטרוניקה צרכנית,מכשירים תקשורת,בקרה תעשייתית,אלקטרוניקה לרכב,מכשירים רפואיים,בית חכם,תאורת LEDותחומים אחרים. בין אם מדובר בייצור אב טיפוס למוצר חדש או בייצור ניסיוני של סדרות קטנות, חומרי PCB באיכות גבוהה הם המפתח להבטחת הביצועים והאמינות של מוצרים אלקטרוניים.