Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 4 Hoofdstuk 4 Paragraaf 4.1 & 4.2 Blz 239 t/m 245

Door de ontwikkeling van de elektronica en de micro-elektronica IS ROND 1950 de printplaat als gedrukte bedrading ontstaan. In 1936 heeft de Oostenrijkse ingenieur Paul Eisler de printplaten uitgevonden. Pas vanaf 1948 wordt de printplaat voor commercieel gebruik toegepast.

Printplaten Algemeen

We kennen verschillende benamingen voor een printplaat: Printed Crcuit Board (PCB), Printed Wiring Board (PWB). Gedrukte bedrading is in feite niets anders dan een elektrisch circuit op een stevige ondergrond aanbrengen.

Hierop worden tevens de te verbinden componenten aangebracht, zodat ze samen een elektronische schakeling vormen (zie onderstaande afbeelding).

Printplaten zijn opgebouwd uit lagen met daarop componenten
De printplaat

Het basis- of dragermateriaal moet van een zeer goed isolerend materiaal gemaakt zijn, zodat er geen lekstromen tussen de printsporen onderling ontstaan. Nu printplaten veelvuldig toegepast worden zijn ze ook in verschillende soorten ontwikkeld. We onderscheiden:

  • Enkelzijdig bedrukte printplaten;
  • Dubbelzijdig bedrukte printplaten;
  • Multi-layer-printplaten;
  • Flexibele Printplaten.

Deze worden verderop besproken

Materiaal Printplaten

Indeling Basismateriaal

Er worden voor de verschillende toepassingen ook verschillende materiaalsoorten als dragermateriaal voor printplaten gebruikt. Er wordt per materiaalsoort een FR-code toegevoegd. FR staat voor Flame Resistance ofwel vlamwerendheid. Dit is van belang voor de keuze van het materiaal in bepaalde toepassingen.

Er zijn 4 soorten basismateriaal op basis van papier:

  • Fenol (FR1);
  • Pertinax (FR2);
  • Pertinax met epoxy als bindmiddel (FR3);
  • CEM-1 (CEM= Composite Epoxy Material).

Het meest gebruikte basismateriaal voor printplaten is glasfiber-epoxylaminaat (FR4). Een afgeleid materiaal van eopxy FR4 is CEM-3. Ook is er inmiddels een verbeterende printplaat ontwikkeld als vervanger voor FR4: FR5.

Voor speciale toepassingen wordt ook gebruikgemaakt van:
-Teflon (PTFE);
-Polyimide (Kapton);
-Keramiek.

Kenmerken en eigenschappen basismateriaal

Fenol (FR1).

Het basismateriaal fenol is een verouderd materiaal voor het gebruik als printplaat. Het heeft slechte termische eigenschappen. De samenstelling is geperst papier en fenol. Fenol wordt voor verschillende doeleinden toegepast. In fenolprintplaten vooral als hars/lijm om het geperste papier zijn stevigheid te geven.

Deze printplaten kunnen slecht aan één kant voorzien worden van printsporen en componenten. Omdat fenol goedkoop is werd het voor massaproductie in de consumentenelektronica veel gebruikt. Het voordeel van dit materiaal is dat gaten niet geboord, maar geponst kunnen worden.

Een nadeel van deze prints is dat soms verbindingen op de printplaat ook nog met een geïsoleerd draadje gedaan moet worden. Fenol is ook erg breekbaar. Daarnaast is het zeer hygroscopisch (neemt vocht op).

Printplaat met verschillende componenten erop gesoldeerd

Pertinax (FR2)

Pertinax is een elektrisch isolatiemateriaal dat wordt verkregen door een chemische reactie tussen fenol en formaldehyde met papier. Pertinax is goed elektrisch isolerend en heeft een hoge doorslagspanning. Het is ook licht hygroscopisch.

Het is jarenlang de basis geweest voor printplaten en elektrische en elektronische apparatuur. Er zijn zoveel overeenkomsten tussen fenol FR1 en pertinax FR2, dat ze vaak als hetzelfde aangeduid worden. Deze materialen zijn tegenwoordig verdrongen door printplaten met glasvezel versterkte epoxy (FR4).

Pertinax met epoxy als bindmiddel (FR3)

Dit materiaal is hoofdzakelijk een Europees product. Als basis is pertinax FR2 gebruikt, maar in plaats van fenol is epoxy gebruikt als bindmiddel (thermohardende stof). Dit materiaal vervangt de hierboven genoemde FR1- en FR2-materialen, vanwege gunstiger eigenschappen.

CEM-1 (CEM= Composite Epoxy Material)

Dit materiaal heeft ook als basismateriaal papier en wordt gecombineerd met één laag glasvezelepoxy. De printplaat blijft daardoor dun en buigt nog makkelijk door. Hierdoor kan het materiaal niet gebruikt worden voor printplaten met door gemetalliseerde gaten.

Glasfiber-epoxylaminaat (FR4)

Dit is een zeer sterk basismateriaal en zoals gezegd is het veelvuldig toegepast als dragermateriaal voor de printplaat. Zijn hoge vlamwerendheid (het raakt niet beschadigd als het gedurende 1 uur blootgesteld wordt aan 260°C of gedurende 3 minuten aan een temperatuur van 300°C) en stijfheid, maken dit materiaal zeer geschikt voor zwaardere componenten en montage van componenten in door gemetalliseerde gaten.

Hoewel vaak gedacht wordt dat de kleur van dit materiaal groen is, is het van zichzelf transparant. Door een bepaalde behandeling krijgt het zijn groene kleur. Glasfiberepoxy is zeer hard. Gaten kunnen daarom alleen geboord worden. Dit type printplaat wordt gebruikt voor dubbelzijdige en Multi-layer-printplaten.

Glasfiber-epoxy laminaat (FR5)

FR5 printplaat is gelijk aan FR4, maar heeft nog betere thermische eigenschappen. In specifieke gevallen zal dan gekozen worden voor FR5.

CEM-3

Cem-3 materiaal is ookk vrijwel gelijk aan glasfiber-epoxylaminaat FR4, maar gebruikt zowel geweven en niet-geweven glasfiberlagen. CEM-3 heeft gewoonlijk 2 lagen geweven glasfiber aan de buitenkant en 3 lagen niet-geweven glasfiber in de kern.

Dit fabricageproces is gunstig voor kostprijs, maar minder gunstig voor de buigsterkte, Het materiaal voelt zachter aan en heeft een melkwitte kleur. Zie onderstaande tabel voor gegevens van de verschillende printplaatmaterialen.

tabel verschillende soorten printplaten materialen

Speciale Printplaten

Teflon (PTFE of Poly-Tetra-Fluor-Etheen)

Teflon-basismateriaal voor printplaten wordt vooral toegepast als het schakelingen voor hoge frequenties moet dragen. Frequenties tot 1 GHz is mogelijk. Een bijkomend voordeel van teflon is dat het bestand is tegen zeer hoge temperaturen (tot 220°C).

Flexibele Printplaten

Om ruimte te besparen en voor compacte ruimten wordt ook gebruikgemaakt van flexibele printplaten. Men gebruikt daar het materiaal polyimide (onder andere kapton) voor. Kapton is een bruin/oranjegekleurd isolatiemateriaal dat in dunne vorm redelijk flexibel blijft.

Het voordeel van kapton is dat het zijn eigenschappen behoudt bij een zeer groot temperatuurbereik (-269-400°C). Kapton is een materiaal dat door DuPont is ontwikkeld. Ook wordt polyester gebruikt als materiaal voor flexibele printen.

Printplaten : De flex-rigid
Flex-rigid printplaat

Flex-Rigid Circuit Boards

Er bestaan ook flex-rigid circuit boards. Dat zijn flexibele verbindingen (een soort flatcable) tussen niet-flexibele printplaten. De componenten en connectoren worden dan gemonteerd op de starre printplaat. De starre printplaat kan kleiner worden gemaakt.

Door ze op een slimme manier te ordenen, kunnen de starre printplaten in elkaar gebouwen worden tot een klein pakketje. In bovenstaande afbeelding zie je daar een voorbeeld van.

Zelf met Printplaten werken?

Wilt u zelf aan de slag gaan met printplaten. Programmeren en bouwen? Kijk dan eens naar onderstaand product. Dit product helpt u met de basiskennis van printplaten en je kan er zelf mee gaan bouwen!

Meer nieuws.

Meer weten over de opbouw van printplaten en welke verschillende soorten je kan tegenkomen? Kijk dan eens naar DIT ARTIKEL.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 4 Hoofdstuk 4 Paragraaf 4.1 & 4.2 Blz 239 t/m 245

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.