Płytki PCB można porównać do układu nerwowego elektroniki. To na nich montuje się wszystkie elementy i obwody niezbędne do działania urządzeń – od dużych lodówek, przez komputery stacjonarne, aż po smartfony. Jeśli chcesz stworzyć system elektroniczny od podstaw, zaczynasz od materiału bazowego płytki. W naszym poradniku wyjaśniamy, na co zwrócić uwagę przy jego wyborze.
Materiał bazowy PCB stanowi podstawę każdej płytki drukowanej (PCB – Printed Circuit Board). Płytki te są stosowane niemal we wszystkich urządzeniach elektronicznych jako nośnik elementów, takich jak układy scalone, pamięci czy złącza. Podzespoły montuje się na prostokątnej karcie – poprzez lutowanie lub umieszczenie w gniazdach.
Rdzeń płytki wykonany jest z materiału izolacyjnego. Na jego powierzchni znajdują się jednowarstwowe lub dwuwarstwowe ścieżki przewodzące, najczęściej z miedzi. To one łączą poszczególne elementy ze sobą i ze źródłem zasilania. W niektórych rozwiązaniach pomiędzy warstwą miedzi a rdzeniem stosuje się cienką powłokę światłoczułą. Podczas produkcji, poddana działaniu promieni UV, wyznacza układ przyszłych ścieżek przewodzących.
Płytki PCB nie występują w jednym standardowym rozmiarze. Wymiary i grubość zależą od zastosowania, dostępnej przestrzeni oraz liczby elementów, jakie mają się na nich znaleźć. Dlatego producenci oferują materiał bazowy w dużych arkuszach, które można dociąć zgodnie z potrzebami – zarówno w zastosowaniach hobbystycznych, jak i w profesjonalnej produkcji.
Jakie rodzaje materiałów bazowych stosuje się w PCB?
Materiały bazowe do płytek drukowanych różnią się przede wszystkim użytymi surowcami. Najczęściej stosuje się laminaty epoksydowe. W branży określa się je po prostu mianem epoksydów. Same w sobie nie są odporne na wysoką temperaturę, dlatego w procesie produkcji można je łatwo formować w charakterystyczny, prostokątny kształt płytki. Dopiero dodanie utwardzaczy nadaje im właściwości duroplastyczne, czyli odporność na działanie temperatury i substancji chemicznych.
Drugim popularnym materiałem jest laminat papierowo-fenolowy, znany też jako twardy papier. Jest to kompozyt składający się z kilku połączonych warstw – najczęściej papieru drzewnego i żywicy fenolowej, która pod względem właściwości przypomina epoksyd. Proporcje składników można modyfikować, uzyskując materiały o różnych parametrach. Informację o tym daje oznaczenie klasy odporności ogniowej: FR1, FR2, FR3 i FR4. Im wyższy numer, tym większa zawartość żywicy epoksydowej i mniejszy udział fenolu.
Rzadziej stosuje się laminaty aluminiowe oraz materiały polimerowe określane jako IMS (Insulated Metallic Substrate), czyli płytki z metalowym rdzeniem. W tym przypadku podłoże składa się z aluminiowego rdzenia i warstwy z prepregu – włókien tekstylnych nasyconych tworzywem sztucznym.
Kolejnym istotnym kryterium różnicującym materiały bazowe jest rodzaj powłoki miedzianej. Ważna jest zarówno jej grubość, jak i liczba warstw. Grubość miedzi podaje się w mikrometrach (µm). Najczęściej stosuje się warstwę 35 µm, ale dostępne są również cieńsze (18 µm) lub grubsze – 70 µm, a nawet 105 µm.
Materiał bazowy może być pokryty miedzią jednostronnie lub dwustronnie. W wersji jednostronnej ścieżki przewodzące znajdują się tylko po jednej stronie płytki. To rozwiązanie wciąż dominuje, ponieważ jest tanie i wystarczające dla większości zastosowań. Dwustronne laminaty wymagają większej ilości miedzi oraz dodatkowych procesów technologicznych, w tym wykonywania otworów przelotowych pokrywanych miedzią, które łączą obie warstwy ścieżek.a
Przy doborze materiału bazowego do płytek PCB kluczowe znaczenie mają budżet i cel projektu. Płytki z rdzeniem metalowym charakteryzują się znacznie lepszym przewodnictwem cieplnym niż te o wyższym udziale tworzyw sztucznych. Dzięki temu sprawdzają się w środowiskach generujących dużo ciepła – np. w systemach oświetleniowych LED czy komputerach wysokiej mocy z procesorami o dużej częstotliwości taktowania. Tego typu rozwiązanie wiąże się jednak z wyższą ceną, dlatego technologia IMS jest najczęściej wybierana do zastosowań profesjonalnych.
Najtańszym materiałem do produkcji PCB jest laminat z twardego papieru. Zapewnia on bardzo dobrą przyczepność warstwy miedzi, ale jest podatny na uszkodzenia spowodowane wysoką temperaturą i wilgocią. Dlatego najlepiej nadaje się dla hobbystów i majsterkowiczów, którzy potrzebują prostego w obróbce i niedrogiego materiału do krótkotrwałych projektów testowych czy demonstracyjnych.
Dobrym kompromisem pomiędzy ceną a trwałością są płytki wykonane z laminatu epoksydowego.
Nie każde podłoże PCB zostaje wykorzystane od razu. Zapasowe fragmenty lub resztki powstałe podczas cięcia mogą przydać się nawet długo po zakupie. Przy dłuższym przechowywaniu lub nieostrożnej obróbce materiału mogą jednak pojawić się zabrudzenia albo uszkodzenia, które ograniczają funkcjonalność płytek. Aby zapobiec osadzaniu się kurzu i procesom utleniania, warto zabezpieczyć powierzchnię specjalnym lakierem ochronnym. Jeśli mimo to dojdzie do zanieczyszczeń, można je usunąć przy pomocy dedykowanego środka do czyszczenia płytek. Oba produkty dostępne są w naszym sklepie.
FAQ – najczęściej zadawane pytania dotyczące materiałów bazowych PCB
Jak przycinać materiał bazowy do płytek PCB?
Materiały bazowe do płytek drukowanych można przycinać na różne sposoby. W zależności od grubości i rodzaju wystarczy zwykłe nożyczki lub nóż do tapet. Lepsze narzędzia pozwalają jednak uzyskać precyzyjniejsze cięcia. W przypadku bardziej wytrzymałych laminatów warto użyć nożyc do blachy lub małej piły tarczowej. Do zastosowań profesjonalnych dostępne są specjalistyczne rozwiązania, np. systemy tnące oparte na technologii laserowej.
Czy materiał bazowy jest poddawany recyklingowi?
Utylizacja płytek drukowanych zarówno zmontowanych, jak i pustych bywa problematyczna. Metale, takie jak aluminium czy miedź, można oddzielić i ponownie wykorzystać. Inaczej wygląda sytuacja z żywicą epoksydową, która obecnie nie nadaje się do recyklingu. Dlatego w celu bezpiecznej i możliwie ekologicznej utylizacji zaleca się skorzystanie z usług firm specjalizujących się w przetwarzaniu elektroodpadów.