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工业PCB:权威常见问题指南

  • 发表时间:2021-06-24 17:02:54
  • 来源:本站
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工业PCB的结构要复杂得多,使用的场合也比普通PCB复杂得多。

工业 PCB 需要专业的设计师、熟练的工人、高质量的工业设备和优秀的制造商。

这些 PCB 是为长期使用而制造的。因此,它使用的材料比普通PCB使用的材料更耐用。

工业 PCB 必须非常小心地制造才能具有许多规格。

并非所有PCB制造商都能制造工业PCB,因为工业PCB制造工艺复杂。

因此,在PCB设计之后寻找合适的制造商是非常重要的。

机器人技术和自动化在工业操作领域的使用日益增加。

工业PCB广泛应用于电源控制系统、工业智能电表、工业照明系统等领域。

工业 PCB 专为长期使用而设计。这些不能像普通 PCB 那样经常更换。

换句话说,我们必须在制造时关注质量、可靠性和性能。

这样做的主要原因是所有公司都希望降低人工成本并尝试提高准确性和效率。

PCB是机器人和自动化的重要因素。而这种类型的PCB必须具有工业级的可靠性、精度和灵活性。

用于工业领域的 PCB 必须灵活、耐用,并为恶劣条件做好准备。现在我们将讨论有关工业 PCB 的一些要点。

什么是工业PCB?

 

简单来说,用于工业领域的PCB称为工业PCB。

高配置 PCB 用于各种工业应用。

这些被称为工业 PCB。与其他 PCB 一样,工业 PCB 具有多层,每个导电层都由绝缘材料隔开。

绝缘材料通常由玻璃纤维、塑料或陶瓷制成。

PCB材料的正常标准是PIC2221A。

必须为所有类型的 PCB 维护该标准。

如果设计人员要使用电源转换器件,IPC9592 推荐附加参数。

我们今天看到的许多尖端技术在很大程度上依赖于 PCB。工业PCB为许多行业的自动化做出了贡献。

得益于工业 PCB,各种产品制造单元中使用的机械臂可以平稳准确地工作。现在我们将深入了解工业PCB。

工业PCB组成:

许多类型的材料用于制造工业 PCB。

在这里,不同材料的层在极热和压力下借助粘合剂粘合在一起。PCB 的侧视图看起来很像一个分层的蛋糕。

现在让我们分析 PCB 的每一层。

我们的主要目标是分析每一层由什么材料制成以及它的功能是什么。

基材:

制作PCB基层的材料称为PCB基层材料这种底涂层通常称为基材。

它通常由玻璃纤维材料制成。几乎所有类型的 PCB 都使用 FR4 型玻璃纤维。因为它本质上往往非常坚韧。

在PCB基板上使用这种硬质材料的原因是基板加强了PCB的其他层。

柔性 PCB的情况下,基材是柔性的。其基材通常由柔性塑料制成。

PCB 厚度范围从 0.6mm 到 1.6mm。但是,其他材料也可用于制造 PCB。

但是,其他材料也可用于制造 PCB。作为环氧树脂和酚醛树脂,它们被用于许多 PCB 中。

我们需要记住的一件事是,基材需要足够硬,以便 PCB 可以在工业上使用。

这就是为什么玻璃纤维在所有这些情况下最有用的原因。

铜层:

 

在基层之后,最重要的一层是铜层。

该铜层在保持 PCB 活跃方面发挥着重要作用。

在极热和压力下,借助粘合剂,将该铜层层压到基层上。

在双层和多层PCB的情况下,层的两侧都有铜层。

工业 PCB 通常不使用铜层,因为所有这些 PCB 都有许多复杂的任务要执行。

铜层的厚度因PCB而异。由于工业 PCB 以更高的功率运行,因此其厚度为 2-3 盎司。

这意味着在所有这些情况下,铜层的厚度都是 35um。

这个铜层是PCB的主要导电层,就是各种工作都在这里做。

要在基板上印刷所需的电路图案,您可以采用两种方法。

一种是加法,另一种是减法。

在添加方法中,铜将根据我们所需的图案涂覆在基板表面上,而该区域的其余部分将保持未涂覆。大多数消费类 PCB 都是以这种方式印刷的。

在减成法中,首先需要用铜覆盖整个基板表面,然后根据设计,去除不需要的地方,即去除那些区域的涂层材料。

焊接面罩:

铜层之后最重要的一层是阻焊层。我们在 PCB 上看到的绿色是由于这种阻焊层。

这是铜层的顶层。保护 PCB 的各种走线、通路和组件免受任何外部导电材料的影响。

它还可以在焊接过程中起到屏蔽作用,从而不会发生短路。简单来说,它可以保护 PCB 免受任何不需要的外部连接的影响。

绢印:

在阻焊层顶部使用丝印层。它有助于在 PCB 上标记各种组件的名称、值、位置、引脚配置。

用丝印标记所有这些重要的东西是非常重要的。这是因为所有这些信息都有助于在组装 PCB 时以更短的时间和完美的方式放置组件。此外,如果任何 PCB 板损坏,该品牌的丝印有助于更换特定组件。

所以这里我们讨论PCB的重要层。现在让我们看看不同类型的工业 PCB。

基于层的工业 PCB 类型:

 

PCB 制造通常比设计 PCB 困难得多。随着时间的流逝,设计人员试图弄清楚如何通过在同一平台上集成多个电路来设计单个电路。

随着新技术的创新,PCB厂商面临的挑战也越来越大。

根据电路的复杂程度,PCB 的范围可以从单层到 8 层。

在一些非常复杂的电路中,层数会超过8层。根据要求,不同的PCB在不同的情况下使用。

单层PCB:

它以单层基材为基底。铜箔贴在上面。

阻焊层用作保护层。不同元件的名称和数值在丝印的帮助下进行标记。

单面 PCB 的最大优势之一是制造成本低。

单层PCB结构非常简单,用于低配置的系统操作,如继电器模块、红外传感器模块、单LED模块等。

由于不适合高配置系统操作,因此很少用于工业操作。

双层PCB:

这种类型的板有一个基板层和两个导电层。

导电层位于基板层的每一侧。

两层之间的连接是通过孔进行的。

在这种情况下,大多数情况下,表面贴装技术用于在板的两侧放置元件。

因为它允许组件直接粘附在表面上。

双层 PCB 的结构比单层 PCB 复杂一些,可以处理比单层 PCB 稍微复杂的任务。

它广泛应用于电力监控系统、测试设备和放大器。双层 PCB 增加了操作灵活性和实用性,有助于构建更密集的电路设计。

由于其耐用性、可靠性和处理复杂任务的能力,它被用于许多工业应用。

多层板:

多层 PCB有两个以上的导电层。

在多层PCB中,有一个核心基板,前两层会像双层PCB一样用粘合剂或高温高压附着在核心基板上。

其余的层将与它们连接,并由薄绝缘材料绝缘。

多层印刷电路板用于实现更复杂的电路和布线组合。根据需要,这些 PCB 的层数可以从 3 层到 8 层不等。

在某些情况下,它可以有 8 层以上。由于其更高的组装密度,较小的尺寸比其他两种类型的 PCB 更受欢迎。

大多数制造商使用这种 PCB 格式来实现超级复杂的 PCB 设计。这种类型的PCB广泛用于几乎所有类型的工业应用。

这些类型的 PCB 的最大优势之一是它们可以轻松处理非常复杂的任务,并且可以轻松运行高配置系统。

基于刚性的工业PCB类型:

除了层之外,PCB 还可以根据刚度分为不同的部分。根据刚性,PCB 可分为三种类型。

刚性PCB:

刚性 PCB 是一种本质上是刚性的 PCB。

这些 PCB 的基材不灵活。刚性 PCB 广泛用于工业应用。

由于其坚固的基材,它经久耐用且易于维修。

刚性 PCB 通常处理非常复杂的设计。在刚性 PCB 上很容易实现和组织信号路径。

刚性 PCB 的紧凑尺寸确保可以针对一种应用在其周围进行各种复杂的设计。

与刚性 PCB 一样,所有组件都使用助焊剂固定。

整个过程以这样的方式完成,即使您在恶劣的应用环境中使用它们,PCB上的所有组件也不会移动。

柔性印刷电路板:

柔性电路板是一种类似于刚性电路板的电路板,其必要的元件放置在柔性基板上而不是刚性基板上。

该板的制造方式使其在应用时可以弯曲成任何所需的形状。

柔性PCB本质上是柔性的。

您可以轻松折叠它。flex-PCB的基材是柔性的。

这种类型的 PCB 也有单层、双层和多层格式。

由于这种类型的 PCB 质轻且灵活,因此广泛用于工业应用。

柔性电路板根据层数和配置有不同的类型。

这种类型的 PCB 也有单层、双层和多层形式。

刚柔结合的PCB:

刚柔性PCB是刚性PCB和柔性PCB的混合PCB。

许多刚性印刷电路板用于刚性-柔性印刷电路板。刚挠结合板的刚性部分通常用于放置连接器和安装机箱。

刚柔设计有助于增加任何PCB的能力。

刚柔结合型 PCB 设计的最大优势在于它不需要在设备或应用设计方面做出任何妥协,因此任何类型的设计都可以在考虑到用户方便的情况下进行。

这类电路主要用于实现复杂的电路,所以用在电路空间最小但电路复杂度最大的地方。

由于其刚性和柔性特性,它是工业应用中最常用的电路之一。

HDI-Flex PCB:

HDI的全称是高清互联。

这种类型的 PCB用于需要比一般 Flex PCB 更高性能的设备或应用。  

这种类型的布局特别有助于创建完美的布局。它使用比一般柔性PCB薄得多的层,这有助于减小整体尺寸并有效利用能源。

选择这种类型的 PCB 来创建高性能 PCB。这些类型的 PCB 可根据需要用于工业应用。

高频PCB:

这种类型的 PCB 在 500MHZ 到 2GHz 的高频下运行。这种类型的 PCB 已用于临界频率应用。

还有其他类型的PCB,如高速PCB、LED PCB、RF PCB、METALCORE PCB、THICK COPPER PCB、GOLD FINGER PCB、CERAMIC PCB等。

工业PCB材料:

 

PCB材料的选择是PCB制造中非常重要的一步。

这是因为材料的强度和柔韧性对PCB的质量有直接影响。

工业应用中常用的PCB材料的电阻和耐热性必须极高。

这是因为工业应用在长行程后会产生热量。

如果材料的耐热性较低,PCB 可能会变形。

一般而言,印刷电路板的材料应使印刷电路板的所有层都具有强度,并且走线和信号路径可以很容易地蚀刻到板上。

工业 PCB 制造中最常用的材料是玻璃纤维和特氟龙。

FR-4 玻璃纤维:

工业PCB的基板通常由属于FR4材料的玻璃纤维制成。FR代表阻燃剂。FR4 提供非常高的拉伸强度。

这些材料提供:

  1. 尺寸稳定性好

  2. 优良的绝缘和电气性能

  3. 耐湿性

  4. 优异的可燃性指数

FR4 材料是工业 PCB 制造的不错选择之一。这种材料用于加强 PCB 底座。

铁氟龙:

Teflon也称为 PTFE 或聚四氟乙烯,含氟聚合物是一类具有多种特性的塑料。

 PTFE 的基本特性使其成为制造工业 PCB 的有趣材料:

  1. 它具有出色的耐化学性

  2. 在湿热环境下良好的电绝缘能力使其适用于工业环境

  3. 良好的耐热性和低温性。

  4. 良好的抗光、紫外线和恶劣天气。

  5. 低摩擦系数

  6. 低损耗因数/介电常数

  7. 不粘性能强。

  8. 灵活性

  9. 在低应力条件下具有良好的抗疲劳性。

  10. 吸水率低

金属:

制造工业PCB的主要部分之一是使用传统金属,如铜、铝和铁。

由于其超导性,这种类型的材料在工业 PCB 的制造中是首选,并且这些类型的材料还有助于在组装过程中应用表面贴装技术。

我们知道这种材料是耐用的,所以当我们在PCB制造中使用它时,得到的PCB就会耐用。

大多数 PCB 制造商使用铝背板来保持最高质量。

陶瓷印刷电路板

陶瓷是制造工业 PCB 的不错选择。

陶瓷的基本特性使其成为制造工业 PCB 的有趣材料:

  1. 高硬度

  2. 高弹性模量

  3. 低延展性

  4. 高尺寸稳定性

  5. 耐磨性好

  6. 高抗腐蚀和化学侵蚀。

  7. 高耐候性

  8. 高熔点

  9. 工作温度高

  10. 低热膨胀

  11. 低至中等热导率

  12. 良好的电绝缘性

但由于陶瓷非常昂贵,因此不可能在所有工业应用中使用它。

要记住的一件事是,制造工业 PCB 使用不同类型的材料,它们都有不同的优点和缺点。

在制造时,我们必须根据应用要求选择材料。

质量:

PCB 制造商必须保持 PCB 制造中使用的材料的质量。

因为优质的 PCB 让您可以毫无问题地更换或更换元件,并且不会损坏板上的其他元件。

优质 PCB 经久耐用,因此在工业应用中无需反复更换。

成本:

工业 PCB 的成本取决于几个因素。如果您更喜欢金片而不是焊片,那对您来说会很贵。

类似地,使用盲和/或埋轨的电路板的成本明显高于具有相同层数的典型多层电路板的成本。

甚至行/宽间距也会导致成本差异。如果您选择6mm以上的间距,则成本会高于6mm以下。

能源和热量:

热容量是工业PCB材料的重要因素。

PCB 的有用性取决于这个因素?印刷电路板的可靠性也可以根据这个因素来确定。

此外,我们需要知道材料以瓦特为单位的功率转换为温度的速率。

工业PCB元件采购:

PCB元件的供应可以通过两种方式完成。

首先,您可以让制造商自由采购关键组件。其次,您可以自己获取组件。

让制造商自由采购您的所有组件可以节省您的时间和金钱。

但是,从制造商处采购组件存在一些风险,例如选择错误的组件。

此外,制造商还可以提供低质量的组件。此外,由于电子元件有很多变体,因此获得错误版本的机会比所需版本的可能性更大。

一些昂贵的电子元件的许多复制元件可用。

很多时候可以看到制造商给组件提供了复制版本而不是原始版本。在这些情况下必须谨慎行事。

虽然有一些困难,但最好获得自己的组件。

这是因为在隐私和安全至关重要的所有 PCB 上,如果组件来自制造商,隐私和安全可能会受到损害。

如果您的 PCB 上没有非常重要的组件,则可以从制造商处获取。

所以这两个过程都有一些优点和缺点。您必须根据情况选择其中之一。

但是这两个过程的共同点是采购工业 PCB 组件需要详细的 BOM 文件。

什么是 BOM 以及 BOM 在组件采购中的重要性?

完整的 BOM 表是一份“物料清单”。物料清单是制造 PCB 所需的组件、零件、原材料、子组件、中间组件的名称和数量的列表。

此列表可帮助您与制造合作伙伴进行沟通。尽量保持您的 BOM 清单准确和清晰,以便制造商可以轻松阅读并采取必要的行动。

工业PCB制造工艺:

 

工业PCB设计:

谈到工业PCB制造,PCB设计和布局是最关键的阶段。

制造工业 PCB 的设计步骤很重要,因为设计将决定您的 PCB 的外观或性能。

您应该聘请一位设计师,他可以设计您的 PCB,以满足您工业应用的所有要求。

为避免设计中出现各种错误,请尝试使用最新的自动化软件,这些软件可以帮助您快速检测错误并解决它们。

工业PCB原型:

成功完成第一步(设计和布局)后,尝试寻找专门从事工业PCB原型制作的制造商。

因为原型制作是工业 PCB 制造中至关重要的一步。  

一旦原型准备好使用,将其发送给第三方公司进行尽可能多的测试,并找出故障和错误。

收到测试结果后,将其发送给您的设计师,以便他根据结果进行更改。

现在将编辑后的设计发送给制造商进行最终生产。完成后,继续下一步。

工业PCB组装:

完成最终的 PCB 制造后,我们必须在其上组装组件。

您可以从任何制造商处进行PCB 组装

然而,在选择制造商之前,重要的是检查他们的组装历史和能力。检查该公司的评论。

看看他们是否有足够的专家来召集。这将使您对它的质量有一个很好的了解。

最后,找出每块板的安装成本。制造商的质量成本比应该高。了解有关交货时间和其他费用的更多信息。

就工业印刷电路板而言,性能和质量是主要因素,因此即使您需要承担额外的成本,也要尽量保留它们。

高品质工业PCB特点:

 

强力基材:

优质 PCB 的基材必须耐用可靠,特别是因为它用于大功率工业应用。

优质的工业 PCB 必须具有耐受大电流的能力。

优质基材有助于防止在高温下翘曲并抵抗移动组件的强烈冲击。

它也易于维修,必要时易于更换组件。

厚阻焊层:

高质量的 PCB 上必须有厚厚的阻焊层。有助于保护它免受腐蚀。

不仅仅是厚层阻焊层可以在焊接和元件放置期间节省整个接线板。

测试:

PCB制造过程需要测试。在推出最终产品之前,必须对 PCB 原型进行测试。

测试后,尝试找出错误并尝试在最终产品中修复它。完成此操作后,您就可以推出包含优质 PCB 的最终产品。  

有缺陷的 PCB 会毁掉您的品牌,因为它无法提供优质的产品。所以专注于测试。

铜包层:

我坦率地告诉你,覆铜对于制造高质量和可靠的工业 PCB 至关重要。在选择您的制造商之前,请始终确保他们可以为您提供最终的覆铜板 PCB。如果它们还没有准备好,请不要为您的 PCB 制造选择它们。这可能符合 IPC4101ClassB/L 质量标准。

质量组件:

高质量的工业PCB必须包含高质量的组件。

在组装组件之前,您需要确保它们都是高质量的组件,并且它们最初属于实际制造商。

工业PCB应用:

 

制造设备:

工业 PCB 广泛用于构建处理工业领域高配置系统的工业设备。

测量设备:

在工业环境中,有多种类型的设备需要使用不同的电源设备供电。

这种电力设备严重依赖工业 PCB。

工业机器人:

在这个机器学习和人工机器人的时代,许多机器人被用于工业领域,以减少制造时间和成本。

这些机器人与许多有源工业 PCB 一起工作。这些机器人的中央处理系统由工业PCB组成,其中包含高配置处理器、昂贵的微控制器、各种电阻、电容器、LED等许多重要部件。

工业自动化系统:

工业自动化系统对于自动化整个制造过程和从远程设备控制制造单元很有用。

这种类型的自动化系统由复杂的工业 PCB 组成。由于其高配置操作能力,工业 PCB 用于操作此类复杂系统。

工业 PCB 有更多用途。工业 PCB 广泛用于各种工业应用。

结论:    

所以在上面的讨论中,我们为您带来了有关工业PCB的重要信息。

希望所有这些信息对您设计和制造工业 PCB 有很大帮助。

我们已经为您提供了一些关于如何选择最佳制造商的指南。

请注意,PCB 设计和制造是一个非常复杂的过程。

借助以上信息和分析,您应该仔细并耐心地遵循每一步。

每个制造商和设计师都必须在设计和制造阶段小心谨慎,以便为客户提供完美的 PCB。

如果每个人都变得更加负责任,对工业PCB的需求将进一步增加。