Printplaten/PCB’s (Printed Circuit Boards) zijn alom bekend in de elektronica. De eerste printplaat, uitgevonden door Paul Eisler, komt uit het jaar 1936. In die tijd werden de sporen nog met de hand getekend en dit was een tijdrovend proces. Het patent van de PCB werd pas in 1943 ingediend.
De opbouw van de printplaat was en is nog steeds een isolerend dragermateriaal met koperen sporen die de verbindingen tussen de componenten waarborgt. Er bestaan tegenwoordig veel verschillende soorten van printplaten.
De hoofdgroepen zijn onderverdeeld in:
• Starre printplaten, voorbeeld van een starre printplaat (rigid PCB)
• Flexibele printplaten, voorbeeld van een flexibele printplaat (flexible PCB)
• Star-flex printplaten, voorbeeld van een star-flexibele printplaat (rigid-flex PCB)
De meest voorkomende printplaten zijn de starre printplaten. Deze groep kunnen we onderverdelen in: enkelzijdige, dubbelzijdige en meerlaagse printplaten (multilayer PCB’s).
Welke materialen worden er gebruikt voor printplaten?
Er zijn veel verschillende dragermaterialen voor starre printplaten, zoals: FR 1 (geperst papier in fenol), FR 2 (pertinax = geperst katoen in fenol), FR 4 (glasvezelmatten in epoxyhars), FR 5 (verbeterde FR 4, voor hogere temperaturen), FR 6, Polyamide/Teflon, CEM 1 (papier kern met glasvezel in epoxy), CEM 3 (papier kern met glasvezel in epoxy), keramiek, metaal (koper, aluminium, ijzer) enz.
Het meest gebruikte printplaatmateriaal is het zeer sterke FR 4.
FR staat voor “flame retardant” (vlamdover/vlamvertrager). Dit materiaal is opgebouwd uit glasvezelmatten die geïmpregneerd zijn met epoxyhars. Het voordeel is dat dit materiaal zeer sterk is en temperatuurbestendig. Het raakt niet beschadigd bij 260 °C (gedurende 60 minuten), 288 °C (gedurende 15 minuten), 300 °C (gedurende 3 minuten).
De materiaalkeuze is afhankelijk van de toepassing van het eindproduct. Belangrijk hierbij is de temperatuur (bv. bij automotive, onder de motorkap), de UL-kwalificatie (de ontvlambaarheid, een printplaat mag nooit brand veroorzaken en moet dus vlamdovend zijn), mechanische krachten op het eindproduct, milieuaspecten zoals vochtbestendig, zuurbestendig, UV-bestendig enz.
Overzicht van printplaatmaterialen:
Voor verdere informatie van basismaterialen zie https://www.isola-group.com/pcb-laminates-prepreg/
Welke soorten printplaten worden tegenwoordig het meeste gebruikt?
Op dit moment worden de meerlaagse printplaten (multilayer PCB’s) het meest gebruikt. Omdat men bij deze printplaten de sporen zowel aan het oppervlak alsook “ondergronds” in de printplaat hebben ingebouwd is de signaalsnelheid tussen de componenten hierdoor het hoogste, de afstand is kleiner dus minder signaalverlies en nog een bijkomend voordeel is dat deze printplaten minder plaats verbruiken (compact, snel).
Wat staat ons te wachten in de toekomst?
De toekomst ligt in de 3D MID techniek (3 Dimensional Molded Interconnect Device).
Sinds de introductie van de 3D-printer is het mogelijk om de sporen direct in de behuizing te “laseren”. Vervolgens wordt de behuizing gegalvaniseerd en geëtst waardoor de koper en de goudlaag tot stand komt. De componenten worden tenslotte met soldeerpasta direct in de behuizing gesoldeerd (in een reflowoven). Dus zonder gebruik te maken van een printplaat!
De behuizing is de printplaat van de toekomst.
Echter voordat de “normale” printplaat helemaal van het podium verdwijnt zijn we nog 50 jaar verder.
Voorbeeld van een 3D MID gefabriceerd product:
