PCB-Grundlagen für Einsteiger: Eine umfassende Einführung

Wenn Sie beginnen, mit PCB und FPCB zu arbeiten, stellen Sie sich wahrscheinlich viele Fragen zu PCBs, doch sie sind lebenswichtige Komponenten der Geräte, die wir in unseren Häusern verwenden.

PCBs haben es Ingenieuren ermöglicht, Komponenten in einer Schaltung auf organisiertere Weise zu verbinden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, viele sich kreuzende Drähte zu haben, die zu Unfällen führen können.

Beachten Sie, dass moderne Technologie die Großserienproduktion ermöglicht, was die Kosten erheblich senkt. Dieser Artikel führt Sie ein, um mehr über PCB, die bei der Herstellung verwendeten Materialien, den Preis und den Prozess zu erfahren, den sie durchlaufen.

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1 Was ist ein PCB und wie wird es hergestellt?

Kapitel 2 Grundlagen doppelseitiger PCBs – Einführung

Kapitel 3 PCB-Kupferdicke

Kapitel 4 Kühlkörper-PCB – Die Regeln, die Sie kennen müssen

Kapitel 5 Herstellungskosten-Aufschlüsselung

Kapitel 6 Fazit

Zu PCB-Grundlagen für Einsteiger: Wenn Sie beginnen, mit PCB und FPCB zu arbeiten, stellen Sie sich wahrscheinlich viele Fragen zu PCBs, doch sie sind lebenswichtige Komponenten der Geräte, die wir in unseren Häusern verwenden.

PCBs haben es Ingenieuren ermöglicht, Komponenten in einer Schaltung auf organisiertere Weise zu verbinden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, viele sich kreuzende Drähte zu haben, die zu Unfällen führen können.

Beachten Sie, dass moderne Technologie die Großserienproduktion ermöglicht, was die Kosten erheblich senkt. Dieser Artikel führt Sie ein, um mehr über PCB, die bei der Herstellung verwendeten Materialien, den Preis und den Prozess zu erfahren, den sie durchlaufen.

Was ist ein PCB und wie wird es hergestellt?

Eine Leiterplatte (PCB) bezeichnet eine Platte aus Glasfaser, Laminatmaterialien oder Verbundepoxyd, die leitende Pfade hat, die mit verschiedenen Komponenten wie Widerständen, Transistoren und integrierten Schaltungen verbunden sind.

Sie trägt und verbindet elektrische Komponenten über leitende Bahnen oder Pads. Elektronische Bauteile werden auf die PCBs gelötet, um bestimmte Funktionen auszuführen.

Abbildung 1 PCB-Platine

Das PCB-Substrat

Wir haben flexible PCBs und FPCBs, die aus Schichten von Materialien bestehen, einschließlich des Basismaterials (als Substrat bezeichnet), das bestimmt, ob ein PCB starr oder flexibel ist. WellPCB bietet DC-Motorsteuerungen auf dem Inlands- und Auslandsmarkt an. Auch das verwendete Substrat bestimmt den Temperaturbereich, den Ihr PCB aushalten kann.

Das Substrat wird oft hergestellt, indem das Material direkt ausgelegt, mit Epoxidharz besprüht und mehrmals auf eine akzeptable Dicke gerollt wird. Eine weitere kritische Überlegung ist die Permittivität/Permeabilität des PCBs. Dieses Merkmal ist essenziell beim Design von Platinen für Geräte mit Hochfrequenzsignalen.

Das Kupfer

Damit eine Leiterplatte funktioniert, muss sie entweder eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten aus Kupfer haben. Hersteller können wählen, die Kupferschicht auf der Oberseite oder auf beiden Seiten des Substrats zu platzieren. Es ist auch möglich, mehrere Schichten zu haben, die zwischen Substratmaterial und Kupfer abwechseln.

Wir haben viele PCBs da draußen mit vielen Kupferschichten. Einige davon haben mehr als 16 Kupferschichten.

Normalerweise ist die Dicke des Kupfers dünner als das verwendete Substrat. Die primäre Rolle von Kupfer ist es, Elektronen von einem Punkt zum anderen zu transportieren. Hersteller binden das Kupfer durch Anwendung einer Kombination aus Hitze und Druck an das Substrat.

Dieser Bindungsprozess sichert die Verbindung zwischen Kupfer und Substrat. Dieser Prozess macht es bruchfest während des Bohrprozesses. Kupfer ist auch eines der Materialien, die durch einen Recyclingprozess zurückgewonnen werden können.

Der PCB-Lötstopplack (Soldermask)

Nachdem das Substrat und die Kupferschichten verschmolzen sind, ist es notwendig, dass die Beschichtung geschützt wird, um die Chancen von Kupferoxidation und Rostbildung zu verringern, die das PCB beschädigen können. Daher ist es notwendig, einen Lötstopplack zu verwenden, wenn zusätzliche Schichten zum Schutz des PCBs erstellt werden.

Das Substrat ist typischerweise grün gefärbt. Der Hersteller kann jedoch jede andere Farbe je nach Bedarf wählen.

PCB-Herstellungsprozess

Der Herstellungsprozess von PCBs beginnt mit der Zusammenstellung der erforderlichen Materialien (einschließlich Substrat und Kupfer). Das Substrat wird dann durch Anwendung von Druck und Hitze an das Kupfer angebracht.

Zuletzt beinhaltet der Prozess auch das Erstellen von Leiterbahnen, das Entfernen unerwünschten Kupfers durch einen Ätzprozess und das Testen der Platine auf Fehler vor der Produktion.

Grundlagen doppelseitiger PCBs – Einführung

PCB-Platinen sind zunehmend Teil unserer täglichen Elektronik geworden. Die Platinen bieten eine Schnittstelle, auf der sie Komponenten löten können.

PCBs können einseitig, doppelseitig oder mehrlagig sein. Einseitige PCB-Platinen sind billig, können aber nicht in komplexen Situationen eingesetzt werden. Dies hat Hersteller gezwungen, doppelseitige PCBs zu entwerfen und herzustellen, die in hochdichten und komplexen Fällen verwendet werden können.

2.1 Was ist ein doppelseitiges PCB

Abbildung 2 Doppelseitiges PCB

Ein doppelseitiges PCB ist eine Art von PCB, die Ingenieuren die Flexibilität bietet, Schaltungen und Komponenten auf beiden Seiten der Platine zu verbinden. Es ermöglicht dem Benutzer, Komponenten sowohl auf der Unter- als auch auf der Oberseite des PCBs zu löten. Sie ermöglichen es Herstellern, komplexe Platinen zu entwerfen, die mehr Funktionen für schwierige Situationen aufnehmen können.

Neben der Bereitstellung von Verbindungsflexibilität eliminieren die Platinen auch elektromagnetische Störungen. Diese Fähigkeit macht das Design komplexer Schaltungen viel einfacher. Doppelseitige PCBs haben auch die Verwendung von PCBs in High-Tech-Anwendungen ermöglicht.

Die Ermöglichung von Top-Layer-Routing und Tracing zum Bottom-Layer hat PCBs wertvoller gemacht als zuvor.

2.2 Vorteile doppelseitiger PCBs

Doppelseitige PCBs bieten Ingenieuren mehr Flexibilität. Sie beherbergen auch eine Zunahme der Schaltungsdichte im Laufe der Zeit. Diese Faktoren gelten nicht für Ingenieure, die an einseitigen PCBs arbeiten. Einseitige PCBs haben begrenzten Platz für die Komponenten.

Zweitens sind doppelseitige PCBs heutzutage günstiger und belasten Ihr tägliches Budget nicht stark.

Drittens, da mehr Teile in einem kleineren Bereich untergebracht werden können, sind doppelseitige PCBs klein in der Größe und können zur Herstellung kleinerer Geräte genutzt werden.

PCB-Kupferdicke

PCB-Platinen ermöglichen den Stromfluss zwischen Komponenten. Sie tun dies, indem sie sicherstellen, dass die Leiterbahnen auf dem PCB nicht überlappen und genügend Platz zwischen ihnen haben.

Überlappende Drähte können Kurzschlüsse verursachen, und die Verwendung einer PCB-Platine mit ausreichender Kupferdicke eliminiert dieses Problem. Typischerweise wird die PCB-Kupferdicke in Unzen gemessen und bestimmt, ob die Bahnen die Arbeit erledigen können, für die sie konzipiert sind.

Abbildung 3 PCB-Kupferdicke

3.1 PCB-Kupferdicke

Kupferdicke bezieht sich daher auf das Ergebnis, das Sie erhalten, wenn 1 Unze Kupfer über einen Bereich von einem Quadratfuß PCB komprimiert wird. Beim Design eines PCBs müssen Ingenieure Unzen in Mills umrechnen, um ihnen bei der Erstellung des PCBs zu helfen.

Abbildung 2 gibt einen Überblick darüber, wie Kupfer- und PCB-Schichten in Form verschiedener Schichten aussehen.

3.2 Design von Kupferleiterbahnen

Ingenieure müssen beim Design von PCBs stets wachsam bleiben. Sie müssen sicherstellen, dass die PCB-Dicke ausreicht, um alles zu erfüllen, was ein Schaltkreis benötigt.

Als Ingenieur sollten Sie die Dicke bei 1 oz belassen. Um sicherzustellen, dass der PCB den angegebenen Stromfluss aufnehmen kann.

Schaltkreise, die mehr Strom erfordern, müssen ihre Kupferdicke erhöhen, um den Widerstand zu minimieren. PCB-Ingenieure können die Berechnung durchführen, um die benötigte Kupferdicke beim Design eines Schaltkreises für eine bestimmte Funktion zu bestimmen.

Die Dicke des Kupfers kann manchmal die Kosten der PCB-Platine beeinflussen. Auch die Kupferdicke bestimmt, wie einfach es für den Designer ist, das überschüssige Kupfer durch Ätzen des PCBs zu entfernen.

Daher müssen PCB-Designer die Dicke bewerten, bevor sie ein PCB für eine bestimmte Anwendung designen.

Kühlkörper-PCB – Die Regeln, die Sie kennen müssen

Mit dem Fortschritt der PCB-Technologie entstehen neue Herausforderungen, und Ingenieure müssen rund um die Uhr arbeiten, um die Schwierigkeiten zu überwinden.

Die Wärmeerzeugung, die zu erhöhten Temperaturen auf den Platinen führt, ist ein Problem, das die meisten Ingenieure zu überwinden suchen. Diese Herausforderung hat Designer gezwungen, um die Ecke zu denken und Wege zu finden, die Wärmeerzeugung und elektrischen Verluste zu minimieren.

Die Erfindung der Kühlkörper ist ein solcher Versuch, die Schaltungstemperaturen zu regulieren. Kühlkörper helfen, Wärme gleichmäßig zu verteilen und übermäßige konzentrierte Temperaturen zu minimieren.

Zum Beispiel werden in Schaltungen, die Hochgeschwindigkeitsmikroprozessoren beinhalten, große Wärmemengen abgegeben. Ohne Kühlkörper, die die Wärme absorbieren, können hohe Temperaturen die Komponente beschädigen.

Insbesondere ICs erzeugen viel Wärme und benötigen Kühlkörper, um die überschüssige Wärme aufzunehmen und abzuleiten.

Abbildung 4 Kühlkörper

4.1 Metallische Kühlkörper

Diese Art von Kühlkörper kann durch Festziehen mit einer Schraube durch das Loch an einer Platine befestigt werden. In einigen anderen Fällen kann der Kühlkörper mit Epoxid oder sogar Thermoband auf dem Gehäuse befestigt werden.

Wenn der Kühlkörper mit Federn und Clips geliefert wird, ist es möglich, ihn in die Komponente einzupassen, die sich aufheizt.

Beachten Sie, dass ein Kühlkörper auf PCBs eine kritische Rolle spielt, hauptsächlich dort, wo ein PCB in Schaltungen mit massivem Stromfluss verwendet wird. Zum Beispiel erzeugen diskrete Halbleiter wie IGBTs, TRIACs und MOSFETs viel Wärme, die ihren Weg aus dem PCB finden muss (oft über einen Kühlkörper).

4.2 SMD-Komponenten mit integriertem Kühlkörper

Wir haben viele SMD-Komponenten, die mit integrierten Kühlkörpern geliefert werden. Solche Mitglieder sind PMICs und MOSFETs. Diese Geräte haben einen integrierten Kühlkörper, der an einen Schaltkreis angeschlossen und dann mit einem Drain verbunden wird.

4.3 Thermische Designüberlegungen für Kühlkörper-PCB

Aus den obigen Diskussionen geht hervor, dass Leistungsbauelemente ein ordnungsgemäßes PCB-Layout und Kühlkörper haben müssen, um thermische Probleme zu bewältigen, die bei der Nutzung des Geräts auftreten können.

4.4 Designrichtlinien für den Umgang mit Kühlkörpern

• Damit ein Kühlkörper ein Watt Leistung bei einer Temperatur von etwa 40°C abführen kann, sollte er einen Querschnitt von 2,4 in² haben. Wenn ein externer Kühllüfter verwendet wird, reduzieren sich die Werte auf etwa 1,2 in² pro Watt.

• Wenn die beiden vorgeschlagenen Methoden nicht funktionieren, wird empfohlen, generische Kühlkörper zu verwenden.

Auch wird es das Kupfer zu den Rändern der Platine erweitern. • Beachten Sie, dass die obigen Parameter annehmen, dass Kupferschichten allgemein mit Komponenten gekoppelt sind, die Wärme erzeugen. Das Argument impliziert dann, dass die Kupferschicht als thermische Schicht Ihres PCBs fungiert.

• Wenn mehr als 1 Komponente, die viel Wärme erzeugt, auf dem PCB verwendet werden soll, wird empfohlen, sie einige Zoll voneinander entfernt zu platzieren. Es ermöglicht dem PCB, sich gleichmäßig zu erwärmen.

• Der Wärmetransfer ist immer höher, wenn das PCB mehr Vias hat. Die Vias stehen in thermischem Kontakt mit den Teilen der Komponente, die Wärme erzeugen.

• Im Fall von Hochleistungsanwendungen wird empfohlen, PCBs mit erhöhtem Kupfergewicht zwischen den Ebenen in Betracht zu ziehen.

Herstellungskosten-Aufschlüsselung

PCB-Montage und -Produktion ist eine mühsame Aktivität, die so viele Schritte umfasst. Sie beinhaltet die Prozesse des Sammelns der Materialien, ihrer Vorbereitung und Fertigung zu PCBs.

Sie beinhaltet auch das Ätzen der PCBs, Laminieren, Bohren und Verpacken. Jeder dieser Schritte hat seinen Preis, der den Gesamtkosten der PCB-Herstellung besteht, der im endgültigen Verkaufspreis enthalten sein muss.

Wie man die PCB-Herstellungskosten-Aufschlüsselung von jedem Teil macht?

5.1 Materialkosten

Abbildung 5 PCB-Materialien

Die Rohmaterialkosten sind der primäre Faktor, der den endgültigen Preis von PCBs bestimmt. Beim Verständnis der Herstellungskosten müssen wir die Schichten eines PCBs, das bei der Herstellung verwendete Material und die Größe des PCBs berücksichtigen.

Gold, Nickel, Kupfer, Silber, Glasfaser, Blei, Epoxidharz und verschiedene Chemikalien sind einige Materialien, die bei der Herstellung von PCBs verwendet werden müssen. Sie müssen auch die Anzahl der zu montierenden Komponenten schätzen.

Auch die Art des zu montierenden PCBs ist entscheidend, da sie hilft, den endgültigen Kosten des PCBs zu bestimmen. Zum Beispiel ist die Herstellung eines doppelseitigen PCBs teurer als die eines einseitigen PCBs.

Doppelseitige PCBs verwenden mehr Lot und erfordern die SMT-Maschinenprogrammierung. Diese Anforderungen erhöhen die Kosten dieser PCBs. Ebenso ist die Herstellung mehrlagiger PCBs teurer als die Produktion doppelseitiger PCBs.

Beachten Sie, dass die wesentlichen Elemente, die die Kosten von PCBs erhöhen, nicht nur auf den Materialpreis beschränkt sind, sondern auch die Dicke der PCBs, die Impedanz, die sie haben sollten, und der Durchmesser der Bohrungen.

Die Kosten müssen auch die Komponenten, den Transport der PCB-Distanz umfassen. Andere periphere Faktoren müssen bei der Berechnung des Wertes der PCBs eine Rolle spielen.

Die Dicke des verwendeten Kupfers ist einer der Faktoren, die die Produktionskosten beeinflussen. Die Verwendung von dickem Kupfer erhöht die Impedanz und ermöglicht den Einsatz von PCBs in Bereichen, die mehr Strom erfordern.

Andere externe Faktoren wie Energie, Wasser und Transportkosten können die Produktionskosten erhöhen. Sie müssen in die Berechnung der Kosten für die Produktion von PCBs einbezogen werden.

5.2 Arbeitskosten

Beachten Sie, dass die Arbeitskosten auch entscheidend für die Bestimmung des endgültigen Preises der PCB-Herstellung sind. Hersteller müssen auch andere Overhead-Kosten in den endgültigen Kosten der PCBs einbeziehen. Dies sind Kosten aus der Arbeit an der Fertigung eines PCBs.

Es müssen die Kosten für Ausrüstung, Sicherheit, Beleuchtung, Wasser und andere kleine Overhead-Kosten bei der Bestimmung der endgültigen Kosten für die Produktion jedes PCBs berücksichtigt werden.

Andere zusätzliche Overheads wie Abwasserbehandlungssystem, Genehmigungen, Zoneneinteilung und Erlaubnisse sollten auch Teil der Abrechnung von PCBs sein.

5.3 Platinengröße

Ein Panel ist eines der wesentlichen Rohmaterialien, die bei der Produktion von Leiterplatten verwendet werden. Die Größe des verwendeten Panels ist bei der Berechnung der Gesamtkosten eines PCBs notwendig. Platinen, die einen kleineren Panelbereich einnehmen, kosten weniger. Auch solche, die besser passende Panels verwenden, sind kostengünstiger.

5.4 Menge der produzierten Stücke

Die Menge der benötigten Stücke ist kritisch, da sie die zu verwendende Produktionsmethode bestimmt. Die Massenproduktion von PCBs beinhaltet die Nutzung effizienter und automatisierter Prozesse, die die Kosten erheblich reduzieren.

5.5 Lieferzeit (Lead Time)

Lieferzeit ist die Zeit, die es braucht, ein PCB herzustellen. Wir können sowohl regulären Lieferservice als auch Express-Service anbieten; beschleunigte Platinen können innerhalb von 24-48 Stunden versendet werden. Sie können einen passenden Service gemäß Ihrem Zeitplan wählen.

Wir versuchen oft unser Bestes, um die PCB-Herstellungskosten-Aufschlüsselung ohne Qualitätskompromisse zu machen.

Die Lieferzeit unserer Fabrik ist auch gesichert.

Wir haben andere Ultimative Leitfäden zur Reduzierung der PCB-Kosten. Wenn Sie Interesse haben, können Sie sie hier ansehen.

Fazit

Nachdem wir Sie durch das, was PCBs sind, und einige der Faktoren geführt haben, die die endgültigen Kosten von PCBs bestimmen, wette ich, dass Sie jetzt besser positioniert sind, Ihre PCB-Bestellung aufzugeben. Wir haben diesen Prozess vereinfacht. Besuchen Sie einfach wellpcb.com und geben Sie eine Online-Bestellung auf.

Bitte beachten Sie, dass ohne besondere Bemerkungen alle von uns genannten Preise auf der Standardlieferung basieren. Sie müssen also unser Online-Angebotssystem angeben oder uns für eine Expressbestellung kontaktieren. Dadurch wird Ihre Bestellung als Prioritätsanfrage verarbeitet. (Bitte beachten Sie, dass unsere aktuellen Produkte die Zeit beeinflussen, rufen Sie uns an, wenn Zeit entscheidend ist).

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